Размещено на http://www.allbest.ru/

ГОУВПО «Удмуртский государственный университет»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Специальность 03.00.13 «Физиология»

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕКТОФАЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ У БЕЛОЙ МЫШИ

Мокрушина Елена Анатольевна

Ижевск 2007

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Известно, что филогенез лицевых мышц и их эмбриональная закладка отличаются от развития соматической мускулатуры [Гамбарян 1989, Проничев 2000, Ромер 1992, Шеперд 1987]. И как следствие этого, лицевая мускулатура своеобразна, поэтому заслуживает пристального внимания исследователей. Наличие лицевой мускулатуры связывают с усложнением поведения животных, участием ее в выполнении рефлекторных актов и тонко координированных движениях, направленных на ориентацию в пространстве, сложные формы социального поведения [Li 1991, Luppino 1993, Manger 1995, 1997]. В связи с этим, изучение центральных механизмов управления фациальными мышцами является актуальным в нейробиологии, поскольку вместе с развитием и усложнением морфофункциональной организации лицевой мускулатуры совершенствуются центральные системы управления лицевыми мышцами. мускулатура мышь животное фациальный

Полученные ранее данные позволили выделить две системы управления лицевыми мышцами, сформированные уже у примитивных млекопитающих, таких как белые мыши: кортико- и тектофациальной систем по аналогии с пирамидной и экстрапирамидной системами управления соматической мускулатурой [Проничев 1994, 2000]. Однако, в связи с отличием в филогенезе лицевых мышц от соматических эволюция кортико- и тектофациальной систем проходила по иной схеме [Проничев 2000]. И нельзя рассматривать кортико- и тектофациальную системы, как коллатеральные ответвления пирамидной и экстрапирамидной систем. Это самостоятельные центральные системы контроля движений лицевых мышц.

В настоящее время подробно исследована кортикальная регуляция активности лицевых мышц у различных животных, в том числе у белой мыши [Проничев 1990, 2000]. Но, судя по всему, кортикальный уровень регуляции лицевых мышц вряд ли вмешивается в обыденную жизнедеятельность грызунов и проявляется только в случаях особой необходимости: коммуникативное, мотивационное поведение [Бернштейн 1947, 1990, Проничев 2000]. Поэтому, на данной ступеньке эволюции ведущей является тектофациальная система. В связи с этим, возникает вопрос: как устроена тектофациальная система у белой мыши?

Известно, что любая моторная система подразделяется на иерархически соподчиненные уровни: высший моторный центр, задающий программу действия; сегментарный уровень, осуществляющий непосредственную регуляцию сокращений мышц; а также промежуточное звено - надсегментарный уровень, регулирующий деятельность сегментарных структур и опосредующий протекание комплексных поведенческих реакций [Бернштейн 1947, 1990, Адрианов 1995, Андреева 2000]. Исходя из этого, нами высказывается предположение, что данному принципу подчиняется и тектофациальная система.

Однако, несмотря на детальное изучение функциональных характеристик высшего звена тектофациальной системы у белой мыши - верхнего двухолмия, а также сегментарного уровня - ядра лицевого нерва, до сих пор отсутствует полная картина знаний о надсегментарном уровне тектофациальной системы, и как следствие этого - нет целостной картины о морфофункциональной организации данной системы.

Результаты электрофизиологических исследований указали на существование надсегментарного уровня тектофациальной системы. Характер распределения латентных периодов двигательных ответов лицевых мышц на микростимуляцию верхнего двухолмия был отличен от такого при микростимуляции ядра лицевого нерва. Латентные периоды верхней губы и вибрисс для правого холма варьировали от 10 до 26 мс; для левого - от 10 до 18 мс. В то время как латентные периоды двигательных ответов лицевых мышц на микростимуляцию ядра лицевого нерва составили от 3 до 10,5 мс, что говорит о наличии олигосинаптических тектофациальных влияниях [Проничев 1994, 2000]. Кроме того, при микростимуляции верхнего двухолмия двигательные ответы мышц, в основном, носили контралатеральный характер, а при микростимуляции ядра лицевого нерва - ипсилатеральный [Проничев 1990, 1994, 2000]. Это говорит о том, что олигосинаптические тектофациальные влияния осуществляются через ряд промежуточных структур, где происходит корректировка программы действий. Какие структуры ЦНС входят в это премоторное звено тектофациальной системы, какова их роль в тектофациальных влияниях - вопрос до сих пор был открытым. В связи с этим, в данной работе было предпринято комплексное морфофункциональное исследование промежуточных образований тектофациальной системы у белой мыши. Среди промежуточных структур надсегментарного уровня тектофациальной системы у белой мыши особое внимание было направлено на изучение морфофункциональной организации ядер шва, поскольку известно, что основная функция ядер шва - регуляция смены сна и бодрствования. Нами же высказывается предположение, что данные образования ЦНС принимают участие в двигательном контроле, в том числе в регуляции деятельности лицевой мускулатуры. Таким образом, полное отсутствие знаний о промежуточных структурах тектофациальной системы, фрагментарная изученность тектофациальных влияний у белой мыши как единого целого, свойственного любой системе, а также осознание, что данные знания могут послужить ключом к лучшему пониманию стратегии функционирования мозга, в том числе стволового уровня управления лицевой мускулатурой позволило сформулировать основную цель данной работы:

Изучить морфофункциональную организацию текто-фациальной системы у белой мыши.

В качестве конкретных задач исследования выбраны следующие:

1. Методами антероградной дегенерации нервных волокон с последующей их импрегнацией серебром и ретроградного транспорта флуорохрома примулин выявить эфферентные связи верхнего двухолмия со стволовыми образованиями мозга, имеющими прямые входы в ядро лицевого нерва.

2. С помощью метода микростимуляции выявить пространственную организацию двигательных представительств лицевых мышц в ядрах шва и роль этих образований в двигательном контроле фациальных мышц.

3. На основании полученных данных составить общую схему основных путей тектофациальных влияний у белой мыши и вынести на обсуждение вопрос о существовании тектофациальной системы.

Научная новизна.

1. Проведенное исследование выявило морфофункциональную организацию тектофациальной системы у белой мыши. Обнаружены премоторные структуры тектофациальных влияний: красное ядро, ядра Кахаля и Даркшевича, центральная серая субстанция среднего мозга и моста, моторное и мезенцефалическое тройничные ядра, ядра шва. Разнообразие нисходящих путей тектофациальной системы обеспечивает согласованную работу лицевых мышц, что необходимо для целостного поведенческого акта.

2. Впервые выявлены моносинаптические связи верхнего двухолмия с ядром лицевого нерва у белых мышей.

3. Впервые проведено картирование ядер шва мыши методом микростимуляции и показана роль этих образований в управлении лицевой мускулатурой. Полученные данные позволяют рассматривать ядра шва не только как релейную структуру, но и как интегративное образование, участвующее в регуляции активности лицевой мускулатуры.

4. На основании полученных результатов составлена общая схема основных структур и путей тектофациальной системы.

Теоретическое и практическое значение.

Исследование тектофациальной системы у белой мыши позволяет выявить роль каждого звена в этой системе. Полученные данные могут использоваться в лабораториях, где исследуется центральная организация движений, в том числе и исследование лицевой мускулатуры. Результаты работы могут быть учтены при составлении курсов лекций по анатомии и физиологии ЦНС, физиологии движений, эволюционной морфологии и физиологии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Контроль за активностью лицевых мышц на уровне ствола мозга осуществляется тектофациальной системой. Влияние верхнего двухолмия на ядро лицевого нерва у белой мыши носит моно- и олигосинаптический характер.

2. Премоторными структурами тектофациальной системы у белой мыши выступают красное ядро, ядра Кахаля и Даркшевича, мезенцефалическое и моторное тройничные ядра, центральная серая субстанция среднего мозга и моста, ядра шва, что обеспечивает согласованность движений лицевых мышц.

3. Основным премоторным звеном в тектофациальной системе являются ядра шва, которые выполняют не только релейную, но и модулирующую функцию.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на конференции молодых ученых России с международным участием «Фундамент. науки и прогресс клинической медицины», посвященной 240-летию ММА им. И.М.Сеченова, М., 1998; XVII съезде Всероссийского Физиол. общества им. И.П. Павлова, Ростов-на-Дону, 1998.; IV Рос. универ.-академ. научно-практической конф., г. Ижевск, 1999; IV съезде Рос. морфологов с международным участием, Ижевск, 1999; Всероссийской научной конф. с международным участием, посвященной 150-летию со дня рождения академика И.П. Павлова, С-П, 1999; V Рос. университетско-академической научно-практической конф., Ижевск, 2001; конф. молодых ученых «Актуальные медико-биологические проблемы в современных условиях», Ижевск, 2001; XVIII съезде физиол. общества им. И.П. Павлова, Казань, 2001; XII Международном совещании и V школы по эволюционной физиол., посвященные памяти академика Л.А. Орбели и 45-летию Ин-та эволюц. физиол. и биохимии им. И.М. Сеченова, С-П, 2001; конф. молодых ученых «Актуальные медико-биологические проблемы в современных условиях», Ижевск, 2002; XIX съезде Всероссийского физиол. общества им. И.П. Павлова, Екатеринбург, 2004; XIII Международном совещании и VI школе по эволюц. Физиол., посвященных памяти академика Л.А. Орбели и 50-летию Ин-та эволюц. физиол. и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, С-П, 2006; V Международной конференции по функциональной нейроморфологии, С-П, 2006.

По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 227 страницах, включает 42 рисунка, 2 таблицы. Список литературы состоит из 308 работ отечественных и зарубежных авторов.

Методы исследования.

Для изучения тектофациальной системы предпринято комплексное исследование с применением методов антероградной дегенерации волокон с последующей их импрегнацией серебром, ретроградного транспорта флуоресцентного красителя и метода микростимуляции. Опыты проводились на взрослых белых мышах обоего пола, весом 20-35г. В качестве наркоза использовали тиопентал натрия (70-80мг/кг) внутрибрюшинно. Для местной анестезии вводили 0,5% новокаин.

Оперативные процедуры.

Для доступа к структурам тектофациальной системы у животных производили операцию трепанации черепа в области мозжечка и каудальной части затылочной кости, череп фиксировали зубным цементом в ростральной области к кронштейнам стереотаксического аппарата, туловище подвешивали в эластичном гамачке.

Ход исследований.

Методика импрегнации серебром дегенерирующих волокон.

Методика импрегнации серебром дегенерирующих волокон применялась с целью изучения эфферентных связей глубоких слоев ВД. 13 мышам механическим путем разрушали один из холмов ВД. В период постоперационного переживания (7-9 дней) происходила антероградная дегенерация волокон, после животному вводилась летальная доза тиопентала натрия, и животное подвергалось внутрисердечной перфузии физиологическим раствором и 10% нейтральным формалином. В течение 14 дней мозг фиксировался в 10% нейтральном формалине. Срезы изготавливали на замораживающем микротоме толщиной 30-40 мкм. Дегенерирующие волокна окрашивали по методу Игера [Буреш 1991]. В качестве инкубирующих растворов использовали 2,5% водный раствор уранилнитрата и аммиачное серебро. Готовые препараты изучали под световым микроскопом марки "Jenaval".

Методика с флуоресцентным красителем.

С целью детального изучения структурной организации тектофациальной системы 26 животным производили в ряд подкорковых образований электрофоретические инъекции флуорохрома (10% раствор примулина "Serva"). Введение флуоресцентного трайсера осуществляли через микроэлектрод (МЭ) с диаметром кончика 10-20 мкм. Для нахождения ориентиров локализации ядер использовали атлас мозга мыши [Sidman 1977]. Ионофорез производили 10 мин. при частоте тока 4 импульса в сек., длительности 200 мсек., силе тока 10-30 мкА, на аноде. После окончания инъекции примулина МЭ оставался в ядре 5 мин. для хорошего выхода флуорохрома из МЭ и лучшего его захвата нейронами. Через 1-2 суток производили интракардиально перфузию 0,9% физиологическим раствором, замещаемым 4-6% параформальдегидом на фосфатном буфере с добавлением 5% раствора сахарозы, который замещался на 10% раствор сахарозы на фосфатном буфере (pH=7,2), охлажденный до +4^ос. Мозг извлекался и фиксировался в охлажденном фиксаторе ночь. Срезы изготавливали на замораживающем микротоме толщиной 50-60 мкм и монтировались на предметные стекла. Препараты высушивали на холоде, обрабатывали в спиртах (70^о, 96^о, 100^о) по 1 мин. в каждом, просветляли в толуоле 3 мин. и заливали 25% полистеролом. Ретроградно меченые примулином нейроны исследовали под люминесцентным микроскопом "Люмам И-1" при длине возбуждающего света 300-420 нм с использованием возбуждающего светофильтра ФС1-2 и запирающего светофильтра СЗС24-4. В ретроградно меченых флуорохромом клетках на фоне диффузно зеленого свечения цитоплазмы наблюдались золотистые гранулы примулина.

На 39 животных с помощью МС изучали функциональную организацию промежуточных структур (ЯШ) тектофациальной системы. Для МС использовали стеклянные МЭ, заполненные 1,5М цитратом натрия, с диаметром кончика 5-10 мкм и сопротивлением 1,0-1,5 МОм. МЭ погружали механическим манипулятором с шагом 0,1 мм в ростральные, центральные и каудальные области ЯШ. Для нахождения координат ЯШ использовали атлас мозга мыши [Sidman 1977]. Для МС применяли серии прямоугольных импульсов (7 импульсов в пачке) длительностью 0,4 мсек., частотой 300 импульсов в сек., интенсивностью до 15 мкА из-за плотной упаковки ядерных нейронов [Asanuma 1976]. Индифферентный электрод размещался подкожно в области спины животного. Характер и локализацию ДО мышц определяли посредством визуального контроля. Бесконтактную регистрацию ДО мускулатуры производили с помощью фотодиода. ЛП ДО мышц снимались с электрического таймера, основанного на синхронном запуске отсчета времени со стимулятора и остановке отсчета сдвигом величины электрического потенциала, вызываемого фотодиодом. Погрешность измерений ЛП - ±30 мксек.

Статистическую обработку и графическое представление данных осуществляли на IBM "Pentium". Гистограммы распределения ЛП ДО мышц на МС ЯШ строили с помощью средств пакета «Statistika for Windows-6.0» и «Microsoft Excel-7». Для нахождения средних и их ошибок применяли стандартные методы математического вычисления. Проводили статистический анализ значимо отличных от нормальных распределений ЛП ДО мышц на МС ЯШ по тесту Колмогорова-Смирнова. Для каждого вида ДО мышц, полученных при МС ЯШ, производили кластеризацию ядер методом одиночных связей. В качестве расстояния использовали Евклидово расстояние между распределениями относительных долей количества наблюдений. Для этого строили гистограммы ЛП ДО мышц в каждом ядре. Ось времени разбивали на интервалы с шагом в 1 мсек. В каждом интервале подсчитывали относительную долю количества наблюдений, попадающих в этот интервал, в процентах по формуле: P_i = n_i/N*100%, где P_i - относительная доля количества наблюдений в интервале I; n_i - количество наблюдений в интервале I; N - общее количество наблюдений. Статистический анализ полимодального распределения гистограмм проводили с помощью определения величины эксцесса (Ex). Процентное соотношение ДП мышц в ЯШ определяли по количеству точек в треках определенного ДП мышц от общего количества всех треков в данном ядре. Плоскостные карты ДП мышц в ЯШ строили с помощью программы «Cart-V1.0», после чего их объединяли в объемную реконструкцию ДП мышц в ЯШ с использованием программы «Corel draw-11.0». Дополнительная обработка рисунков и карт проводили при помощи программы «Adobe Photoshop-9.0».

Морфоконтроль локализации микроэлектрода.

После МС проводили локальную коагуляцию мозга мыши для гистологического контроля места нахождения кончика МЭ. Через вживленный в ЯШ МЭ пропускали импульсный коагулирующий ток длительностью 200 мсек., интенсивностью 0,5 мА, на аноде в течение 30 сек. Затем животному вводили летальную дозу тиопентала натрия, перфузировали физиологическим раствором и 10% нейтральным формалином. Извлеченный мозг фиксировали в 10% нейтральном формалине. Локализация МЭ определялась на неокрашенных срезах, изготовленных на замораживающем микротоме.

Структурная организация тектофациальной системы: выявление релейных структур данной системы у белой мыши.

Электрофизиологические исследования на белых мышах показали олигосинаптический характер тектофациальных влияний [Проничев 1989, 2000]. Однако структурная организация тектофациальных путей у белой мыши была не изучена. В связи с этим, нами предпринято морфологическое исследование.

С помощью метода антероградной дегенерации нервных волокон с последующей их импрегнацией серебром выявлено, что дегенерирующие волокна от ВД входят в центральную серую субстанцию среднего мозга и моста (Substantia grisea centralis mesencephali et pontis), красное ядро (Nuc. ruber), мезенцефалическое тройничное ядро (Nuc. tr. mesencephalici n. trigemini), ядра Кахаля и Даркшевича (Nuc. Cajal et Darkschewitsch), в большое и бледное ядра шва (Nuc. raphe magnus et pallidus), в ретикулярное ядро покрышки моста (Nuc. reticularis tegmenti pontis), верхнее центральное ядро (Nuc. centralis superior), межножковое ядро (Nuc. interpeduncularis), верхнее, латеральное и медиальное вестибулярные ядра (Nuc. vestibularis superior, lateralis et medialis), ядро лицевого нерва (Nuc. n. facialis), скрытое и дорсальное ядра шва (Nuc. raphe obscurus et dorsalis), моторное тройничное ядро (Nuc. motorius n. trigemini).

Для детального выявления релейных структур тектофациальной системы проведены морфологические исследования афферентных связей ЯШ и мезенцефалического тройничного ядра методом флуоресцентной микроскопии.

При введении примулина в мезенцефалическое тройничное ядро наблюдалось ретроградное мечение нейронов в контралатеральном мезенцефалическом тройничном ядре (Nuc. tr. mesencephalici n. trigemini), билатерально в нижнем и верхнем двухолмии (Colliculus posterior et anterior), в красном ядре (Nuc. ruber), ядрах Кахаля и Даркшевича (Nuc. Cajal et Darkschewitsch), ипсилатерально в моторной (МК) и соматосенсорной коре (Motor et somatosensory cortex).

При введении примулина в ЯШ билатерально меченые нейроны обнаруживались в мезенцефалическом тройничном ядре (Nuc. tr. mesencephalici n. trigemini), красном ядре (Nuc. ruber) и вестибулярных ядрах (Nuc. vestibularis superior, lateralis et medialis), центральной серой субстанции моста (Substantia grisea centralis pontis), верхнем и нижнем двухолмии (Colliculus anterior et posterior), дорсолатеральной области моторной коры (Motor cortex).

Опираясь на полученные данные, составили общую схему возможных влияний ВД на ЯЛН (рис.1): 1 - с переключением в ядрах Кахаля и Даркшевича и ЯШ; 2 - с переключением в КЯ и ЯШ; 3 - с переключением в мезенцефалическом тройничном ядре и ЯШ; 4 - с переключением в центральной серой субстанции среднего мозга и моста и ЯШ; 5 - с переключением в некоторых ядрах РФ; 6 - с переключением в ЯШ; 7 - моносинаптический путь (прямые связи ВД с ЯЛН).

Из схемы видно, что центральным образованием в тектофациальной системе являются ЯШ. Они, получая проекции от ВД и выявленных промежуточных структур тектофациальных влияний и имея прямые связи с ЯЛН, связывают вышеперечисленные образования с ЯЛН воедино.

Но эти данные не дают полного представления о месте ЯШ в текто-фациальных влияниях. В связи с чем, предпринято электрофизиологическое исследование данного образования с помощью метода МС.

Функциональная организация ядер шва (данные микростимуляции).

При МС ЯШ регистрировались билатеральные ДО лицевой и соматической мускулатуры. МС 1/3 ростральной области бледного ЯШ и 1/4 ростральной области большого ЯШ ДО не вызывала. Видимо, данные области не принимают участия в двигательном контроле. Лицевые и соматические двигательные представительства (ДП) в ЯШ имеют сложную организацию (рис.2). Они накладываются друг на друга, образуя зоны перекрытий, на что указывает характер сочетанных движений, вызываемых при МС данных структур.

Рис. 1. Возможная схема нисходящих влияний стволовых структур головного мозга на ядро лицевого нерва у белой мыши.

Стрелками показано направление передачи нервного импульса.

1 - Colliculus anterior 5 - Nuc. raphe dorsalis et magnus

2 - Nuc. Cajal et Darkschewitsch 6 - Nuc. raphe obscurus

3 - Nuc. Ruber 7 - Nuc. raphe pallidus

4 - Nuc. mesencephalici n. trigemini 8 - Nuc. n. facialis

МС дорсального ЯШ вызывала сочетанные ДО лицевых мышц на глубине 2200-2600 мкм от поверхности мозга, которые сохранялись в рострокаудальном направлении до 3000-3400 мкм. Выявлено обширное ДП верхней губы, процентное соотношение которого от общего объема ДП мышц в дорсальном ЯШ - 50,35%. ДП вибрисс представлено в ростродорсальной части ядра (48,1%), ДП нижней челюсти - в каудовентральной части ядра (8,42%). Часто при МС дорсального ЯШ возникали ДО век (54,39%) и ушей (39,29%), ДП которых перекрываются с зонами других ДП.

При МС центральных и каудальных областей большого ЯШ регистрировались ДО мышц на глубине 3900-4100 мкм от поверхности мозжечка, которые сохранялись до 4500-4700 мкм. При прохождении МЭ в дорсальной части центральной области, реже каудальной, наблюдали ДО вибрисс рядов С, D, E (48,27%). На МС вентральной части этой же области выявлялись ДО вибрисс А, В, С (28,27%). Наряду с групповыми ДО вибрисс наблюдали одиночные ДО вибрисс D1, E1, что указывает, видимо, на тонкую регуляцию со стороны большого ЯШ над лицевой мускулатурой. В каудальных отделах ядра МС вызывала ДО передних и задних конечностей (8,09%).

МС скрытого ЯШ вызывала ДО мышц на глубине 3600-4000 мкм, которые сохранялись в рострокаудальном направлении до 3700-4100 мкм. При прохождении МЭ через каудальную область ядра возникали фокальные ДО передних, задних конечностей и хвоста. Их область ДП локальна (32,56%). В ростральной области ядра МС вызывала сочетанные ДО лицевых мышц: в ростродорсальной части ядра - совместные ДО верхней губы (60,93%) и всех вибрисс (16,05%), в вентральной части центрального отдела - ДО верхней губы и нижней челюсти (18,37%). Часто при МС центральной области ядра возникали ДО век (8,6%) и ушных раковин (23,26%).

При МС центральных и каудальных частей бледного ЯШ возникали сочетанные ДО лицевых мышц, которые регистрировались на глубине 4600-4950 мкм от поверхности мозга и сохранялись в рострокаудальном направлении на глубине 4800-4950 мкм. В центральной области ядра наблюдались совместные движения верхней губы (58,19%) и вибрисс (45,2%), в каудальной - совместные движения верхней губы и нижней челюсти (31,64%). В некоторых случаях регистрировались ДО век (11,30%) и ушей (8,02%).

Различный характер ДО лицевых мышц при МС ЯШ позволяет судить о прямых функциональных связях ЯШ с субъядрами ЯЛН, что согласуется с морфологическими данными [Андреева 2000, Оленев 1995, Проничев 2000, Фанарджян 1992, Li 1993, Holstege 1984, Isokawa-Akesson 1987]. Мигательный рефлекс при МС ЯШ указывает на существование связей ЯШ с дорсолатеральным и дорсальным промежуточным субъядрами ЯЛН, иннервирующими веки. ДО ушных раковин вперед характеризует проекции ЯШ к дорсомедиальному субъядру ЯЛН, иннервирующему ушную ростральную мышцу заглазничного комплекса лицевых мышц, а ДО ушных раковин назад указывают на связи ЯШ с вентромедиальным субъядром ЯЛН. Поднимание верхней губы при МС ЯШ говорит о связях ЯШ с латеральным субъядром ЯЛН, иннервирующим наружную носогубную мышцу, а локальные ДО кончика носа на МС скрытого ЯШ - о проекциях скрытого ЯШ к дорсолатеральному субъядру ЯЛН. Опускание нижней челюсти при МС ЯШ указывает на прямые входы ЯШ в вентральное промежуточное субъядро ЯЛН, а ДО вибрисс - на связи ЯШ с дорсальным промежуточным и дорсолатеральным субъядрами ЯЛН. Одиночные ДО дорсальных вибрисс указывают на локальные связи большого ЯШ с соответствующими субъядрами

Рис. 2. Объемная реконструкция двигательных представительств лицевой и соматической мускулатуры в ядрах шва у белой мыши

Обозначения двигательных представительств:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЯЛН, которые иннервируют круговые мышцы фолликулов. Вероятно, ЯШ, выполняют модуляторную функцию в управлении фациальными мышцами, регулируя работу ЯЛН и промежуточных структур тектофациальной системы и обеспечивая согласованную работу мышц головы, лица и шеи.

ЛП ДО лицевых мышц указывают на различный характер рафафациальных влияний у белой мыши, а также выявляют различный контроль в иннервации определенных групп мышц. При МС дорсального, бледного и большого ЯШ распределение ЛП ДО вибрисс значимо отличалось от нормального, согласно тесту Колмогорова-Смирнова (p<0,01; p<0,05; p<0,05 соответственно). Гистограммы распределения ЛП имеют би- и полимодальный характер. Это подтверждается заметным отрицательным значением эксцесса: для большого ЯШ Ex=-1,01; для бледного ЯШ Ex=-1,15. Для дорсального ЯШ величина эксцесса оказалась положительной: Ех=0,08, так как распределение ЛП для этого ЯШ имеет 3 четко выраженных пика.

При МС ЯШ ЛП ДО вибрисс делятся на 2 группы: быстрые (ср.7,10,2мсек. для дорсального ЯШ; 7,10,2мсек. для бледного ЯШ; 7,00,2мсек. для большого ЯШ) и средние (ср. 14,50,4мсек. для дорсального ЯШ; 14,40,4мсек. для бледного ЯШ; 13,20,2 мсек. для большого ЯШ). Исключение - скрытое ЯШ: распределение ЛП ДО вибрисс значимо не отличалось от нормального (p>0,2) и выделилась 1 группа ЛП ДО вибрисс - средняя (ср. 12,40,3мсек.). Кластерный анализ установил среди ЯШ похожи по распределению ЛП ДО вибрисс на МС ЯШ - дорсальное и бледное ЯШ, одни из молодых в филогенезе ядер. Близко к ним находится большое ЯШ. Наиболее отличающимся является скрытое ЯШ, но имеющее родство по распределению ЛП ДО с большим ЯШ. По-видимому, это может определяться их более ранним появлением в процессе эволюции.

При МС дорсального и бледного ЯШ доминируют коротколатентные ДО вибрисс (P_i=76% для дорсального ЯШ; P_i=72% для бледного ЯШ, где P_i - относительная доля количества ЛП в этих ядрах), что указывает на прямые рафафациальные связи. Опосредованный контроль рафафациальных влияний осуществляется через скрытое ЯШ (P_i=100%), в незначительной степени - через дорсальное ЯШ (P_i=24%) и бледное ЯШ (P_i=27,9%).

ЛП ДО вибрисс при МС большого ЯШ делятся на 2 группы: быстрые (ср.7,00,2 мсек.) и средние (ср.13,20,2м сек.), о доминировании которых говорить не приходится: для быстрых ЛП P_i=44,0%, а для средних P_i=56,0%. Эти группы ЛП ДО вибрисс указывают на иннервацию со стороны большого ЯШ разных групп мышц: быстрые (4,1-10,0 мсек.) - на иннервацию вибрисс дорсальных рядов, средние (10,1-20 мсек.) - на иннервацию вибрисс вентральных рядов, что отражает эволюционный ход событий становления вибрисс в дорсовентральном направлении.

При МС дорсального и большого ЯШ выявляется группа с длинными ЛП ДО вибрисс: для большого ЯШ ЛП=17,4+0,3мсек., P_i=4,3%, для дорсального ЯШ - 18,2+0,5мсек., P_i=3,2%. Вероятно,длиннолатентные ДО вибрисс связаны не только с олигосинаптическими рафафациальными связями, но и с тормозными зонами в ЯШ [Баев 2000].

Иная картина распределения ЛП выявлена при регистрации ЛП ДО верхней губы на МС ЯШ. Из теста Колмогорова-Смирнова для скрытого и бледного ЯШ характерно нормальное распределение ЛП ДО верхней губы (p>0,2), чего не скажешь о дорсальном ЯШ (p<0,05). Бимодальность данных распределений статистически подтверждается коэффициентом эксцесса: для дорсального ЯШ Ех= -1,05, для бледного ЯШ Ех= - 1,15, для скрытого Ех= - 0,71.

Коротколатентные ДО верхней губы зарегистрированы при МС дорсального ЯШ (ср.7,4+0,2мсек., n=97, P_i=46,0%), длиннолатентные - при МС дорсального ЯШ (ср.14,8+0,2мсек., n=114, P_i=54,0%), скрытого ЯШ (ср.17,2+0,2 мсек., n=140, P_i=100,0%), бледного ЯШ (ср.13,3+0,1 мсек., n=32, P_i=100,0%). Видимо, дорсальное ЯШ является ведущим в быстрой иннервации фациальных мышц, и от него идут прямые проекции к ЯЛН. Опосредованное влияние на ЯЛН осуществляют скрытое, бледное и дорсальное ЯШ, что свидетельствует об олигосинаптических связях ЯШ с ЯЛН, а также об иннервации различных групп мышц через субъядра ЯЛН.

При МС скрытого ЯШ выявлена группа медленных ЛП ДО верхней губы (ср.18,0+0,2мсек., n=140, P_i=100,0%), небольшое количество медленных ЛП ДО губы наблюдается и при МС дорсального ЯШ (ср. 18,5+0,2мсек., n=24, P_i=11,4%). Такие ЛП могут указывать на наличие тормозных зон в ЯШ [Баев 2000], а также на циркуляцию нервного импульса по кругу, подобно принципу обратных связей [Бернштейн 1990].

Кластеризация ЛП ДО верхней губы в ЯШ позволила предположить о близкородственных взаимоотношениях между дорсальным и скрытым ЯШ. Бледное ЯШ имеет наименьшую схожесть по распределению ЛП ДО губы с дорсальным ЯШ и скрытым ЯШ, на что указывают различия в ЛП ДО мышц на МС ЯШ. Таким образом, полученные результаты по электрофизиологии указывают на различный характер связей ЯШ с ЯЛН, как моносинаптических, так и олигосинаптических, причины возникновения которых различны.

2. Обсуждение результатов

Морфофункциональная организация тектофациальной системы у белой мыши.

Уровни тектофациальной системы.

В данной работе изучали структурно-функциональную организацию тектофациальной системы у белой мыши. Логично предположить, эта система развивалась, как коллатеральные ответвления тектоспинального тракта [Андреева 2000, Майский 1983, Масс 1985, Оленев 1995, Сотниченко 1991, Redgrave 1990, Rose Mooney 1990, Nudo 1993]. Однако филогенез лицевых мышц отличен от филогенеза соматических [Гамбарян 1989, Проничев 2000, Ромер 1992, Шеперд 1987]. В связи с этим, формирование тектофациальной системы идет по иной схеме.

Моторную систему подразделяют на несколько уровней: сегментарный, надсегментарный, высший моторный центр, которые объединяются в систему, дающую возможность расширить спектр и усложнить характер моторных реакций, благодаря одновременному включению и последующей регуляции активности отдельных мышечных групп [Бернштейн 1947, Андреева 2000, Адрианов 1995, Глезер 1993]. Подобному принципу подчиняются тектофациальные влияния.

Высший центр в тектофациальной системе - ВД. Он развивается в связи со зрительным восприятием [Глезер 1993, Шульговский 1997, Хьюбел 1990]. Но в нем собираются сенсорные сигналы из всех соматических источников [Оленев 1995, Benedetti Fabrizio 1992, Kurimoto 1995, U.J. Niemi-Junkola 2000, Meller 1991, J.A. Winer 2002]. Здесь зарождаются и ДО [Проничев 2000, Масс 1985, Vidal 1988, Hencel 1978, Miashita 1995]. Детально ВД изучалось на белых мышах [Проничев 1989, 1994, 2000]. При МС ВД у белой мыши возникали групповые или/и сочетанные ДО лицевых мышц [Проничев 1989, 1994, 2000], что показывает филогенетическую древность ВД, как системы, участвующей в выработке моторных команд, в частности в управлении лицевой мускулатурой [Бернштейн 1947]. Первоначально двигательные сигналы, формирующиеся в ВД, переключались в РФ [Андреева 2000, Курепина 1981, Ромер 1992]. Но у амфибий и рептилий образовывались прямые двигательные пучки из тектума к двигательным ядрам головного и спинного мозга, которые иннервировали мышцы головы и тела [Андреева 2000, Курепина 1981, Ромер 1992]. У териодонтов появляется поверхностная мышца развивающейся шеи, которая прирастает к коже, у млекопитающих она образует лицевые мышцы. И уже на уровне низших млекопитающих идет дифференциация тектофациальных и тектоспинальных влияний, их разделение в структурно-функциональном плане, зачатки которого есть у тетрапод.

Элементарные движения управляются сегментарным отделом, которым в тектофациальной системе является ЯЛН. Практически у всех позвоночных оно организовано сходно, что обусловлено общим характером закладки структур и установлением связей в эмбриогенезе. Модификации на уровне ЯЛН отражают экологическую специализацию, что впоследствии определяет эволюционный уровень животного [Андреева 2000, Курепина 1981, Фанарджян 1992].

При реализации движения более высокого уровня помимо высшего центра задействован надсегментарный уровень, который создает «черновую технику» движения. Он расширяет, усложняет характер моторных реакций, а также частично разгружает верхние уровни от вникания в бесчисленные вспомогательные ингредиенты, необходимые движению [Бернштейн 1947]. С помощью метода антероградной дегенерации волокон ВД и инъекций примулина в мезенцефалическое тройничное ядро и ЯШ выявлены эфферентные связи ВД со структурами ствола мозга, которые претендуют на роль промежуточных звеньев в тектофациальных влияниях (рис.1). Это надсегментарный уровень тектофациальной системы. Было показано, что ВД оказывает влияние на ЯЛН: напрямую (моносинаптические тектофациальные связи); через промежуточные структуры (ядра Кахаля и Даркшевича, красное ядро, моторное и мезенцефалическое тройничные ядра, центральная серая субстанция среднего мозга и моста), которые, вероятно, являются модуляторами в тектофациальных взаимодействиях; через интегративный центр - ЯШ. Разнообразие структур надсегментарного уровня возникло благодаря процессам дифференциации мозгового субстрата, о чем свидетельствует увеличение путей и повышение их коллатерализации [Андреева 2000, Курепина 1981].

Различные тектофациальные пути связаны с определенным типом фациальных движений в той или иной ситуации. Для согласования работы глазодвигательных мышц и век с лицевыми мышцами может быть задействован путь с выходом на ядра Кахаля и Даркшевича. С целью координации челюстных и фациальных движений в тектофациальной системе задействован путь с переключением в мезенцефалическом тройничном ядре. Путь с переключением в красном ядре направлен на регуляцию соматической мускулатуры по большей части, в то время как лицевой - незначительно, что подтверждает МС красного ядра у белой мыши [Проничев 1989]. Но красное ядро, являясь структурой экстрапирамидной системы, обеспечивает поддержание тонуса скелетных и лицевых мышц. Вероятно, это задает определенные специфику и уровень активности животного в соответствующей ситуации. Для координации движений вибрисс и верхней губы задействован прямой тектофациальный путь, что обеспечивает протекание быстрых «баллистических», часто защитного характера, реакций. Видимо, это связано с экологической нишей, которую занимает данный вид животного и с их образом жизни, а также в эволюции это простейший способ передачи нервного импульса по заранее сформированной последовательности команд, не подвергающихся корректировке. По такому пути шло формирование экстрапирамидной системы [Андреева 2000, Курепина 1981]. Это наблюдается и в развитии тектофациальной системы. Можно заключить, что данная система, как синтез тектофациальных путей, может обеспечить на высоком уровне практически весь двигательный репертуар, необходимый животному. А промежуточные структуры тектофациальной системы выступают модуляторами, внося поправки в работу ЯЛН и обеспечивая согласованность движений. В совокупности прямые и опосредованные пути тектофациальной системы выводят ее на новый уровень. Благодаря афферентному синтезу информации поведение животного направлено на приспособление к окружающей среде и носит адекватный характер. Сама двигательная программа модифицируется относительно ситуации, и ее реализация идет различными путями. Как явственно вскрывается структурная многослойность движения. Ведущий уровень - ВД - распространяет свой контроль ко всем нижележащим уровням (сегментарному и надсегментарному), участвующих в двигательном ответе, так что каждый исполняет свою партию в оркестре движения, но уже теряя в какой-то мере свое индивидуальное лицо и звуча только из-под палочки уровня дирижера [Бернштейн, 1947].

Интересно то, что большинство промежуточных структур тектофациальной системы относятся к ретикуломоторным образованиям и несут в себе морфофункциональные признаки РФ [Андреева 2000, Майский 1983, Оленев 1995, Bianti 1990]. Не исключение и ЯШ.

Роль ядер шва в регуляции двигательной активности лицевой мускулатуры.

ЯШ могут быть промежуточными структурами в тектофациальных влияниях, поскольку получают прямые проекции от ВД и имеют прямые входы в ЯЛН [Проничев 2000, Фанарджян 1992, Holstege 1984, Isokawa-Akesson 1987, Vertes 1994, Redgrave 1990]. Передача информации через релейные ядра является наиболее общим и широко распространенным явлением [Aдрианов 1995, Баев 1990].

В эволюции можно проследить переход от островной системы ядер к двумерно развернутой системе ВД, МК и мозжечка [Бернштейн, 1947, Проничев 2000]. Островную систему представляют промежуточные структуры кортико- и тектофациальной систем, среди которых особое место отводится ЯШ. Они имеют афферентные связи с функционально неоднородными структурами мозга: МК, ВД, нижнее двухолмие, красное ядро, мезенцефалическое и моторное тройничные ядра, центральная серая субстанция среднего мозга и моста. Возможно, ЯШ выступают коллектором, на уровне которого происходит конвергенция разномодальной информации и доступ к исполнительным отделам мозга [Проничев 2000, Bockstaele 1993, Marcinkiewiecz 1989, Tsumori 2001]. В эволюции это один из древних и простых способов сенсомоторных взаимодействий.

Морфологические данные коррелируют с электрофизиологическими. МС ЯШ показала, что характер ДО при МС ЯШ иной, чем при МС ЯЛН, ВД и МК [Проничев 1987, 1989, 1994, 2000]. Это указывает, что ЯШ выполняют модулирующую функцию в фациальном контроле, благодаря чему они регулируют деятельность ЯЛН и обеспечивают возможность выполнения согласованной работы мышц головы, шеи, ушных раковин, глаз, лица, а также передних и задних конечностей. Полученные ДО при МС ЯШ носят билатеральный, целостный характер, подобно синергиям, направленным к совместному разрешению двигательной задачи. При МС ЯЛН ДО ипсилатеральные, групповые, но не сочетанные. Возможно, ЯШ, как РФ, имеют пул нейронов, которые задают определенный ритм двигательному акту. ЯШ, имея билатеральные проекции к ЯЛН, обеспечивают возбуждение одних мотонейронов ЯЛН и вытормаживание других. Но ЯШ оказывают влияние и на высшие центры текто- и кортикофациальной систем. Видимо, это объясняется наличием обратных афферентных связей ЯШ, необходимых для сравнения и корректировки совершаемых действий [Lucienne 1998, Marcinkiewicz 1989, Tsumori 2001], а поддержание систем в определенном тонусе со стороны ЯШ возможно за счет восходящих и нисходящих эфферентных проекциий ЯШ, формирующихся одними элементами, благодаря бифуркации аксонов нейронов [Андреева 2000, Ромер 1992]. Возможно, ЯШ выступают генераторами двигательных паттернов. Они могут задавать характер сокращения мышц, о чем свидетельствуют данные МС ЯШ.

Кроме того, двигательные программы запускаются управляющими центрами [Бернштейн 1947], к коим относятся МК и ВД. Сигналы от них играют чисто пусковую роль. И, несмотря на то, что ВД - интегративный центр [Масс 1985, Оленев 1995, Шульговский 1997], не несет информации, как построить движение в конкретной ситуации. Сама структура движения заложена на взаимосвязи ВД с нейронами надсегментарного и сегментарного уровней. Различные пути тектофациальной системы, в первую очередь, с переключением в ЯШ, определяют движение, его вид в условиях среды, удовлетворяя потребности животного.

Исходя из вышеизложенного, видно, что тектофациальная система у белой мыши носит сложный характер, следствием чего является усложнение внутрицентральных связей данной системы. Такая структурная основа может являться базисом в способности системы к саморегуляции [Бернштейн 1947, Андреева 2000]. Она создает возможности для возникновения специфических моторных актов, существенных в социальном поведении животных и находящихся под контролем центральных систем управления. Таким образом осуществляется и совершенствование лицевой мускулатуры у животных, что приводит к появлению у высших животных мимики и эмоций, соответственно, усложнению контроля со стороны ЦНС. Процессы совершенствования центральных систем управления лицевой мускулатурой наглядно представлены у белой мыши. Именно на данном этапе эволюции можно проследить переход от одной системы управления - тектофациальной к другой - кортикофациальной, их сложные взаимоотношения между собой на уровне высших центров: МК и ВД, а также на надсегментарном уровне, где центральным звеном являются ЯШ.

Выводы

1. Тектальный контроль регуляции активности лицевой мускулатуры осуществляется несколькими олигосинаптическими путями с переключением в красном ядре, ядрах Кахаля и Даркшевича, мезенцефалическом и моторном тройничных ядрах, центральной серой субстанции среднего мозга и моста, а также в ядрах шва, что обеспечивает согласованные двигательные реакции головы, глаз, ушных раковин, жевательной и лицевой мускулатуры.

2. В тектофациальной системе, регулирующей активность лицевых мышц, главным премоторным звеном являются ядра шва, которые выполняют не только релейную, но и модулирующую функции.

3. Микростимуляция ядер шва у белой мыши вызывает коротколатентные билатеральные двигательные ответы лицевых мышц, что указывает на непосредственное участие ядер шва в регуляции двигательной активности фациальной мускулатуры.

4. Двигательные представительства лицевых мышц в ядрах шва подчинены принципу миотопии и имеют зоны перекрытий, на что указывает характер сочетанных движений, вызываемых при микростимуляции ядер шва.

5. В зависимости от типа фациальных движений тектальный контроль активности лицевых мышц осуществляется как моносинаптическими, так и олигосинаптическими путями, которые объединяются в единую тектофациальную систему, обладающую новыми качествами и целостностью, что дает надежность в реализации целостных поведенческих реакций и способность к эволюции.

Список основных работ по теме диссертации

1. Новые представления об организации тектофациальной системы у белой мыши// Материалы конференции молодых ученых России с международным участием "Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины", посвящен. 240-летию ММА им. И.М.Сеченова - М., 1998 г. - с.351.

2. Морфофункциональная организация систем управления лицевой мускулатурой у белой мыши (соавт. Проничев И.В., Худякова Н.А., Есаков С.А., Разживина Т.Н.)//Тез. XVII съезда Всероссийского Физиологического общества им. И.П. Павлова - Ростов-на-Дону, 1998 г. - с.71.

3. Структурная организация тектофациальной системы у белой мыши (соавт. Проничев И.В.)//Российские морфологические ведомости - 1999, №1-2 - с.102.

4. Особенности организации тектофациальной системы у белой мыши (соавт. Проничев И.В.)//Тез. Всероссийской научной конференции с международным участием, посвящен. 150-летию со дня рождения академика И.П. Павлова - С-П, 1999 - с. 226-227.

5. Стволовой уровень регуляции двигательной активности лицевой мускулатурой у белой мыши (соавт. Худякова Н.А., Есаков С.А., Проничев И.В.)//Тез. XVIII съезда физиологического общества им. И.П. Павлова - Казань, 2001 - с.206.

6. Участие мозжечка и ядер шва в регуляции двигательной активности лицевой мускулатуры у белой мыши (соавт. Проничев И.В., Есаков С.А.)//Тез. докладов XIIМеждународного совещания и V школы по эволюционной физиологии, посвящ. памяти академика Л.А. Орбели и 45-летию Ин-та эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова - С-П, 2001 - с. 123-124.

7. Роль ядер шва в регуляции двигательной активности лицевой мускулатуры у белой мыши (соавт. Проничев И.В.)//Рос.физиологический журнал, 2004 - т.90, N8, ч.1 - с.394.

8. Организация тектофациальной системы у белой мыши (данные морфологии) (соавт. Проничев И.В.)// Вестник УдГУ, Ижевск, 2005 - с.157-165.

9. Роль ядер шва в управлении лицевой и соматической мускулатурой (данные люминесцентной микроскопии) (соавт. Проничев И.В.)// Морфологические ведомости - 2005, N 1-2 - с.25-28.

10. К вопросу о морфофункциональной организации тектофациальной системы у белой мыши (соавт. Проничев И.В.)// Сборник XIII Международного совещания по эволюционной физиологии - С-П, 2006 - с. 145-146.

11. О топической организации ядер шва у белой мыши (соавт. Проничев И.В.)// Морфология - С-П, 2006 - т. 129, N2 - с. 62-63.

Размещено на Allbest.ru