Сравнительный анализ морфометрических и гистохимических показателей нейронных популяций медиальных ядер спинного мозга грызунов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ И ГИСТОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ НЕЙРОННЫХ ПОПУЛЯЦИЙ МЕДИАЛЬНЫХ ЯДЕР СПИННОГО МОЗГА ГРЫЗУНОВ

Яценко А.Д., Лютикова Т.М.

Омская медицинская государственная академия

Филогенез нервной системы позвоночных животных связан с развитием двигательного анализатора, так как его деятельность обусловливает совершенствование произвольных движений и приспособленность организма к различным средам обитания (Э.И. Воробьева 1992; А.Н. Андреева, Д.К. Обухов1999).

Мотонейроны спинного мозга - эфферентные звенья двигательного анализатора, впервые дифференцированные у хрящевых рыб, сформированные в отдельную группу у хвостатых амфибий, обособились у рептилий в две группы - вентромедиальную, иннервирующую осевую мускулатуру и вентролатеральную - иннервирующую мускулатуру конечностей. Популяция медиальных ядер млекопитающих представлена нейронами, различающимися филогенетическим возрастом. Клетки шейного отдела - более древние. Клетки поясничного отдела - филогенетически, более молодые; их появление в ряду позвоночных связано с развитием осевого скелета и формированием дорсальных отделов спинного мозга. Морфологические сведения о мотонейронах медиальных ядер немногочисленны. Их изучение у близкородственных животных, различающихся двигательной активностью, представляет значительный интерес для понимания эволюции нервной системы (А.И. Карамян 1970; Э.И Воробьева 1974).

Целью работы был сравнительный анализ морфометрических и цитохимических показателей популяции моторных клеток медиальных ядер шейного и поясничного отделов спинного мозга представителей самого многочисленного и филогенетически древнего отряда млекопитающих - Грызуны, характеризующихся высокой пластичностью двигательных реакций и приспособленностью к различным условиям существования (К.В. Баев 1984).

Изучены животные cемейства Мыши, принадлежащие к разным экологическим (полуподземные и подземные животные) и систематическим группам (роды: Мыши, Крысы, Серые полевки и Слепушонки) (Соколов И.И. и др., 1963; Наумов С.П.,1982; Шевырева Н.С. 1983).

Из группы полуподземных животных были взяты мышь домовая (МД), мышь белая (MБ), крыса серая (КС), крыса белая (КБ), полевка обыкновенная (ПОб); из группы подземные животные - слепушонка обыкновенная (СОб). Мышь домовая и крыса серая - синантропные животные, приближенные к жилищу человека. Мышь белая и крыса белая - белые расы мыши домовой и крысы серой - лабораторные животные клеточного содержания. Полевка и слепушонка являются дикими животными. Освобожденные от позвоночника шейный (ШО) и поясничный (ПО) отделы спинного мозга были фиксированы в жидкости Карнуа. Срезы для морфометрических исследований окрашены по методу Ниссля. Для гистохимических исследований проводили реакции с амидочерным 10Б, который стехиометрически выявляет структурированные белки в клетках. В популяции мотонейронов вентрального рога спинного мозга, мы исследовали группу медиальных ядер (МЯ).

На препаратах определяли характер распределения базофильного вещества в нейронах, их количество в 1 мм² и размеры нервных клеток (площадь тела - Sт, цитоплазмы - Sц, ядер - Sя и структурный ядерно-цитоплазматический коэффициент - сЯЦК). Цитохимическое исследование - измерение содержания (Мт, Мц, Мя) и концентрации (Ст, Сц, Ся) структурированных белков в телах нейронов, цитоплазме и ядрах, а также ядерно-цитоплазматические коэффициенты (функциональный по содержанию - фЯЦК, регуляторный по концентрации - рЯЦК) проводили с помощью компьютерной цитофотометрии, используя систему Анализатора Изображений Видео Тест Морфо-4 (Санкт-Петербург, 1999).

Определение нормальности распределения признаков проводили с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Для сравнительного анализа особенности взаимосвязей между полученными результатами, определяющими морфометрические и цитофотометрические характеристики нейронных популяций медиальных ядер (МЯ), был проведен межвидовой и внутривидовой корреляционный анализ (методами Краскела-Уоллиса и Спирмена). Статистическую обработку проводили с привлечением программ EXCEL и «Статистика-6 (Реброва О.Ю., 2002). Материал в таблицах представлен как среднее значение±среднее квадратичное отклонение.

Нейронные популяции медиальных ядер спинного мозга грызунов на микропрепаратах, окрашенных по Нисслю, были представлены многоотростчатыми крупными, средними и мелкими мотонейронами с расположенным в центре более светлым ядром и хорошо заметным ядрышком. В цитоплазме апикноморфных клеток тигроид находился в виде мелких глыбок, зерен или мелкой пыли. По особенностям распределения базофильного вещества определяли архиохромные, архио-стихохромные и гриохромные мотонейроны (по классификации И.П. Никулеску, 1963). Пикноморфные клетки (по классификации Ю.М. Жаботинского, 1965) почти не обнаруживались.

Популяция ПО по плотности распределения моторных клеток в единице площади (389,6±91,2 - 724,9±108,8) превалировала над популяцией ШО (367,4±81,5 - 664,9±114,9). Неравнозначное распределение нервных клеток в популяциях ШО и ПО можно связать с иннервацией функционально различных групп мышц туловища и особенностями их филогенеза. Более древний нейронный пул популяции ШО и более молодой пул популяции ПО содержат разное количество нервных клеток (Д.К.Обухов 1999).

Минимальное количество клеток в 1мм² популяций ШО и ПО было обнаружено у крысы серой, максимальное - у полевки. В популяции ШО и ПО лабораторной мыши в сравнении с мышью домовой плотность нейронов почти не изменилась, а у крысы лабораторной в сравнении с серой крысой, в 1 мм² популяции ШО на 71,9 клеток (16,4%) стало больше; а в популяции ПО - на 113,5 к леток (или 22,6%, р<0,001). Уменьшение клеточной плотности у грызунов в популяции МЯШО наблюдалось в следующей последовательности: ПОб > СОб > МД > МБ > КБ > КС. Ряд, отражающий последовательность животных по мере уменьшения их плотности клеток, был следующим: ПОб > МД > МБ > СОб > КБ > КС (Табл. 1).

Таблица 1. Плотность нейронов в единице площади популяции медиальных ядер шейного и поясничного отделов спинного мозга грызунов

Примечание: * р<0,05 ** р<0,01 *** р<0,001 по сравнению с мотонейронами МЯШО

По линейным размерам моторные клетки популяций ШО и ПО у грызунов резко не отличались. Площадь тел клеток ШО составила 388,0±99,5 - 904,3±130,5 мкм²; ПО - 370,7±102, - 882,7±143,7 мкм². Размеры цитоплазмы нервных клеток ШО изменялись в пределах 284,0± 80,3 - 662,8±111,5мкм²; ПО - в пределах 275,4±83,8 - 688,8±116,1 мкм². Границы изменчивости площади ядер нейронов ШО составили 103,2±28,5 - 240,9± 40,4 мкм²; ПО - 95,3± 29,8 - 193,9±44,4 мкм². Самые мелкие нейроны в популяциях ШО и ПО были обнаружены у мыши белой, самые крупные - у полевки (Табл.2).

морфометрические цитохимические спинномозговые грызуны

Таблица 2. Размеры нейронов медиальных ядер шейного и поясничного отделов спинного мозга грызунов (обозначения см. таблицу 1)

Уменьшение линейных размеров клеток ШО у грызунов наблюдалось в следующей последовательности: Sя: ПОб > СОб > МД > КС > КБ > МБ; Sц: ПОб> СОб > КС > МД > КБ > МБ; Sт: ПОб> СОб > КС > МД > КБ > МБ. Ряды животных, отражающие изменчивость линейных размеров моторных клеток ПО были следующие: Sя: ПОб > СОб > КБ > МД > КС > МБ; Sц: ПОб > СОб > КС > КБ > МД > МБ; Sт: ПОб > СОб > КБ > КС > МД > МБ.

Значения структурных коэффициентов мотонейронов ШО (0,271±0,07 - 0,376±0,1) (крыса серая - полевка) и ПО - (0,244±0,07 - 0,360±0,1) (крыса серая - мышь белая) были примерно на одном уровне. Значения сЯЦК клеток ШО в ряду грызунов уменьшались в следующей последовательности: ПОб > МД > МБ > СОб > КБ > КС, а в клетках популяции ПО - составили другой ряд: МБ > МД > СОб > КБ > ПОб > КС. По некоторым данным, изменение условий существования в первую очередь отражается на морфометрических характеристиках нервных клеток, у мелких и крупных животных эти изменения неравнозначны (И.Д. Стрельников 1970; В.И. Дробышев, И.В. Поляков, И.Б. Краснов 1990). У мыши белой в сравнении с мышью домовой нейроны популяйций ШО и ПО стали гораздо меньше, а значения структурного ЯЦК почти не изменились. У крысы белой в условиях клеточного содержания, в сравнении с синантропной крысой, размеры нейронов ШО уменьшились, а размеры нейронов ПО, наоборот, - увеличились. Однако значения сЯЦК в клетках ШО и ПО крысы белой возросли (Табл. 2).

По результатам цитофотометрического анализа у грызунов содержание и концентрация структурированных белков в клеточных ядрах моторных клеток популяций МЯ были заметно меньше, чем в цитоплазме. В нейронной популяции ШО крайние границы количества структурированных белков в ядрах мотонейронов (35,8±11,6 - 68,0±19,2) обнаружены у крысы белой и полевки обыкновенной, а крайние границы содержания белков в цитоплазме (109,5±25,3 - 212,8±52,1) и в телах нейронов (146,6±28,5 - 280,7±65,8) - у мыши белой и полевки Показатели количественной оценки структурированных белков в ядрах нейронов отражают уровень транскрипционных, а в цитоплазме - уровень и трансляционных процессов (Я.Е. Хесин 1970; P. v Sengbusch 1982). В ядрах мотонейронов популяции ШО синантропных грызунов и их близкородственных альбиносов показатели количества белков почти не различались (35,8±11,6 - 45,7±16,8; крыса белая - мышь домовая) и, вероятно, отражали их филогенетический адаптивный уровень метаболизма. У диких животных в сравнении с синантропными, количество белков в нейронах было больше в 1,5 - 2 раза, что можно объяснить иными условиями обитания и другим уровнем метаболических процессов (Табл.3).

Таблица 3. Показатели содержания и концентрации структурированных белков в мотонейронах медиальных ядер переднего рога спинного мозга грызунов (обозначения см. таблицу 1)

Изменение содержания белков в компонентах и телах мотонейронов МЯШО грызунов наблюдалось в следующей последовательности: Мя - ПОб > СОб > МД > КС > МБ > КБ; Мц - ПОб > СОб > КС > МД > КБ > МБ; Мт - ПОб > СОб > КС > МД > КБ > МБ. Значения регуляторного коэффициента составили другой ряд: МБ > ПОб > СОб > МД > КБ > КС.

В нейронах популяции ПО наибольшее количество суммарных, цитоплазматических и ядерных белков было обнаружено в мотонейронах полевки обыкновенной (Мт: 383,5±108,8; Мц: 308,7±90,4; Мя: 74,7±22,9) и наименьшее - в мотонейронах мыши белой (Мт: 136,3±34,7; Мц: 104,1±33,7; Мя: 32,2±11,3). Количество белков в мотонейронах мышей, крыс и слепушонки резко не отличалось, а у полевки было больше почти в 2 раза что, вероятно, можно связать с ее полуподземным существованием и диким образом жизни. Значения функциональных коэффициентов в мотонейронах ШО (0,266±0,07 - 0,349±0,1) и ПО (0,233±0,06 - 0,322±0,08) были близки. По уменьшению количества белков в нейронах и снижению показателей их фЯЦК грызуны расположились в следующей последовательности: Мя: ПОб > КБ > СОб > КС > МД > МБ; Мц: ПОб > КБ > КС > СОб > МД > МБ; Мт: ПОб > КБ > КС > СОб > МД > МБ; фЯЦК: МБ > МД > СОб > КБ > ПОб > КС.

Распределение структурированных белков в моторных клетках популяций ШО и ПО различалось (Табл.3). Показатели концентрации в телах клеток (0,295±0,06 - 0,378±0,04), цитоплазме (0,298±0,06-0,385±0,03) и в ядрах мотонейронов (0,287±0,07 - 0,359±0,05) ШО были ниже, чем показатели концентрации белков тел нейронов (0,300±0,07 - 0,430±0,1), цитоплазмы (0,310±0,07 - 0,450±0,1) и ядер нервных клеток (0,270±0,07 - 0,390±0,1) ПО. Наименьшие значения концентрации белков в нейронах ШО обнаружены у крысы серой; ПО - у слепушонки. Наибольшая плотность распределения белков в клетках ШО была выявлена у мыши белой; в клетках ПО - у полевки.

По мнению ряда авторов (И.Д. Стрельников 1970; Воробьева Э.И. 1992) процессы синтеза белков у крупных и мелких животных различаются. В нервных клетках ШО мелких животных - мышей, полевки и слепушонки показатели концентрации в цитоплазме (0,347±0,06 - 0,385±0,03) и телах мотонейронов (0,340±0,09 - 0,378±0,04) были почти на одном уровне, а распределение белков в ядрах нейронов отличалось большей вариабельностью (0,302±0,06 - 0,359±0,05). В нервных клетках крупных животных - крыс - концентрация структурированных белков была невысокой (Табл.3).

В ядрах нервных клеток популяции ПО значения концентрации белков совпадали у крыс (КС - КБ;0,320±0,03 - 0,320±0,08); у мыши домовой и слепушонки были также на одном уровне (МД: 0,271±0,05; СОб: 0,270±0,07). Однако показатели концентрации цитоплазмы у этих животных отличались. Одинаковые значения концентрации цитоплазматических белков были выявлены у синантропных грызунов - мыши домовой и крысы серой (МД - КС: 0,335±0,05 - 0,333±0,03) и почти одинаковые значения - у лабораторных грызунов - мыши белой и крысы белой (МБ - КБ: 0,377±0,04 - 0,360±0,08). Значения регуляторного коэффициента в клетках ШО (0,825± 0,07- 0,960±0,09) и ПО (0,806±0,08 - 0,962±0,05) почти не отличались. Подобные комбинации количественной оценки структурированных белков и их коэффициентов в моторных клетках грызунов, вероятно, можно рассматривать как критерии их адаптивных реакций.

В нервных клетках синантропных грызунов и их близкородственных альбиносов - лабораторных животных - обнаружилась сильная прямая зависимость содержания белков от линейных размеров клеток и умеренная прямая зависимость содержания белков от их концентрации. У диких животных характер корреляционных связей несколько отличался: в моторных клетках была выявлена сильная прямая зависимость количества структурированных белков от их концентрации и умеренная прямая зависимость содержания белков от площади их нейронов.

Таким образом, полученные показатели у диких и синантропных животных отражают сформированные в процессе исторического развития вида вариации морфометрических, цитохимических признаков и корреляционные взаимосвязи мотонейронов медиальных ядер спинного мозга, которые можно считать критериями популяционно-клеточного уровня для выделения эколого-морфологических групп грызунов.

Согласно работам И.Д. Стрельникова (1970), Ю.Я. Гейнисмана (1974), Э.И. Воробьевой (1992), изменение условий обитания и, соответственно, моторики нервно-мышечного аппарата вызывают определенные морфофизиологические и гистохимические перестройки на всех уровнях нервной системы. Содержание животных в клеточных условиях в течение нескольких поколений под действием нервнотрофических регуляций, определяющих гистогенные процессы в организме (Евгеньева Т.П., 1976), приводит к определенным морфофизиологическим и гистохимическим перестройкам, в том числе популяций моторных клеток, иннервирующих осевую мускулатуру. Обнаруженные нами морфометрические и цитохимические особенности у лабораторных животных мы расценивали как адаптивные реакции на антропогенное воздействие.

Самые высокие значения концентрации белков нейронах МЯШО были у мыши белой (Ст: 0,378±0,04; Сц: 0,385±0,03; Ся: 0,359±0,05), наименьшие - у крысы серой (Ст: 0,0,295±0,06; Сц: 0,298 ±0,06; Ся: 0,287±0,07).У мелких животных - мышей, полевки и слепушонки показатели концентрации в телах мотонейронов (0,340 - 0,378) и в цитоплазме клеток (0,347 - 0,385) почти не отличались. В нервных клетках крупных животных - крыс концентрация структурированных белков была невысокой. В клетках лабораторной крысы распределение структурированных белков было более плотным (Табл.). Изменение концентрации белков в структурных компонентах клеток у грызунов наблюдалось в следующей последовательности:в ядрах: МБ > ПОб > СОб > МД > КБ > КС; в цитоплазме: МБ > ПОб > СОб > МД > КБ > КС;в телах нейронов: МБ > ПОб > МД > СОб > КБ > КС. Ряд рЯЦК значительно отличался от ряда фЯЦК: КС > МБ > КБ > ПОб > СОб > МД.

Сопоставление значений концентрации белков в клетках МЯШО и ПО показало, что эти значения в нейронах указанных отделов не совпадают. Самые высокие показатели концентрации белков были в нейронах МЯПО у полевки обыкновенной (Ся: 0,390±0,10; Сц: 0,450±0,10; Ст: 0,430±0,10;), наименьшие значения выявлены у слепушонки обыкновенной (Ся: 0,270±0,07; Сц: 0,310±0,07; Ст: 0,300±0,07;). Распределение структурированных белков в ядрах нервных клеток у крыс совпадало (КС - КБ;0,320±0,0 - 0,320±0,08), а у мыши домовой и слепушонки было почти на одном уровне (МД: 0,271±0,05; СОб: 0,270±0,07). Показатели концентрации цитоплазмы у этих животных отличались (Табл.). Одинаковые значения концентрации цитоплазматических белков были у синантропных грызунов - мыши домовой и крысы серой (МД - КС: 0,335 - 0,333) и почти одинаковые значения - у лабораторных грызунов - мыши белой и крысы белой (МБ - КБ: 0,377 - 0,360). Снижение концентрации белков в мотонейронах и их рЯЦК у грызунов наблюдалось в следующей последовательности: Ся: ПОб > МБ > КС = КБ > МД > СОб; Сц: ПОб > МБ > КБ > МД > КС > СОб; Ст: ПОб > МБ > КБ > КС > МД > СОб и рЯЦК: КС > МБ > КБ > ПОб = СОб >МД. Значения регуляторного коэффициента в клетках ШО (0,825 - 0,960) и ПО (0,806 - 0,962) были почти одинаковые.

В моторных клетках популяции МЯШО грызунов количество белков в цитоплазме (109,5±25,3 - 212,8±52,1) (мышь белая - полевка) было значительно выше, чем в ядре (35,8±11,6 - 68,0±19,2) (крыса белая - полевка). Крайние границы белкового фонда в телах нейронов (146,6± 28,5- 280,7±65,8) обнаружились также у мыши белой и полевки. Показатели количественной оценки структурированных белков в ядрах нейронов отражают уровень транскрипционных, а в цитоплазме - уровень и трансляционных процессов (Хесин Я.Е., 1970; P. v Sengbusch, 1982). В ядрах мотонейронов популяции МЯШО синантропных грызунов и их близкородственных альбиносов показатели количества белков почти не различались (35,8±11,6 - 45,7±16,8) (крыса белая - мышь домовая) и, вероятно, отражают их онтогенетический адаптивный уровень метаболизма. У диких животных в сравнении с синантропными, количество белков в нейронах было больше в 1,5 - 2 раза, что можно объяснить иными условиями обитания и другим уровнем метаболических процессов. Изменение содержания белков в цитоплазме и телах мотонейронов МЯШО грызунов наблюдалось в следующей последовательности: ПОб > СОб > КС > МД > КБ > МБ. Ряд животных отражающий изменение белков в ядра моторных клеток был другой: ПОб > СОб > МД > КС > МБ > КБ.

Моторные клетки МЯПО в телах нейронов (136,3±43,7 - 383,5±108,8), в цитоплазме (104,1±33,7 - 308,7±90,4) и в ядрах (32,2±11,3 - 74,7±22,9) содержали гораздо большее количество структурированных белков, чем клетки ШО. Минимальное количество белков было, по - прежнему, у мыши белой, а наибольшее - у полевки. Содержание белков в мотонейронах мышей, крыс и слепушонки резко не отличалось, а у полевки было больше почти в 2 раза что, вероятно, можно связать с ее полуподземным существованием. Последовательность животных по мере уменьшения количества белков в ядрах клеток (ПОб > КБ > СОб > КС > МД > МБ) в цитоплазме и телах нейронов популяции ПО (ПОб > КБ > КС > СОб > МД > МБ) отличалась от рядов грызунов отражающих изменение белков в клетках ШО.

Значения функциональных коэффициентов в мотонейронах ШО (0,266±0,07 - 0,349±0,1) и ПО (0,233±0,06 - 0,322±0,08) почти не отличались.

Распределение структурированных белков в моторных клетках популяций МЯШО и ПО было не одинаковое. Показатели концентрации в телах клеток (0,295±0,06 - 0,378±0,04), цитоплазме (0,298±0,06- 0,385±0,03) и в ядрах мотонейронов (0,287±0,07 - 0,359±0,05) ШО были ниже, чем показатели концентрации белков тел нейронов (0,300±0,07 - 0,430±0,1), цитоплазмы (0,310±0,07 - 0,450±0,1) и ядер нервных клеток (0,270±0,07 - 0,390±0,1) ПО. Наименьшие значения концентрации белков в нейронах ШО обнаружены у крысы серой; ПО - у слепушонки. Наибольшая плотность распределения белков в клетках ШО была выявлена у мыши белой; в клетках ПО - у полевки.

По мнению ряда авторов (Стрельников И.Д., 1970; Воробьева Э.И., 1992) процессы синтеза белков у крупных и мелких животных различаются. В нервных клетках ШО мелких животных - мышей, полевки и слепушонки показатели концентрации в цитоплазме (0,347±0,06 - 0,385±0,03) и телах мотонейронов (0,340±0,09 - 0,378±0,04) были почти на одном уровне, а распределение белков в ядрах нейронов отличалось большей вариабельностью (0,302±0,06 - 0,359±0,05). В нервных клетках крупных животных - крыс концентрация структурированных белков была невысокой.

В ядрах нервных клеток популяции МЯПО значения концентрации белков совпадали у крыс (КС - КБ;0,320±0,03 - 0,320±0,08); у мыши домовой и слепушонки были также на одном уровне (МД: 0,271±0,05; СОб: 0,270±0,07). Однако показатели концентрации цитоплазмы у этих животных отличались. Одинаковые значения концентрации цитоплазматических белков были выявлены у синантропных грызунов - мыши домовой и крысы серой (МД - КС: 0,335±0,05 - 0,333±0,03) и почти одинаковые значения - у лабораторных грызунов - мыши белой и крысы белой (МБ - КБ: 0,377±0,04 - 0,360±0,08). Значения регуляторного коэффициента в клетках ШО (0,825± 0,07- 0,960±0,09) и ПО (0,806±0,08 - 0,962±0,05) почти не отличались. Подобные комбинации количественной оценки структурированных белков и их коэффициентов в моторных клетках грызунов, вероятно, можно рассматривать как критерии их адаптивных реакций.

Внутривидовой корреляционный анализ морфо - и гистохимических особенностей мотонейронов МЯ грызунов показал отсутствие каких-либо связей между линейными размерами нейронов и плотностью их распределения в популяции. В нервных клетках синантропных грызунов и их близкородственных альбиносов - лабораторных животных обнаружилась сильная прямая зависимость содержания белков от линейных размеров клеток и умеренная прямая зависимость содержания белков от их концентрации. У диких животных характер корреляционных связей несколько отличался: в моторных клетках была выявлена сильная прямая зависимость количества структурированных белков от их концентрации и умеренная прямая зависимость содержания белков от площади их нейронов.

Таким образом, полученные показатели у диких и синантропных животных отражают сформированные в процессе исторического развития вида вариации морфометрических, биохимических признаков и корреляционные взаимосвязи мотонейронов медиальных спинного мозга, которые можно считать критериями популяционно-клеточного уровня для выделения эколого-морфологических групп грызунов.

Обнаруженные нами морфометрические и гистохимические отличия, а также вновь выявленные нами корреляционные связи у лабораторных животных мы расценивали, как адаптивные реакции на антропогенное воздействие.

Филогенез нервной системы позвоночных животных связан с развитием двигательного анализатора, так как его деятельность обусловливает совершенствование произвольных движений и приспособленность организма к различным средам обитания (Стрельников И.Д., 1970; Андреева А.Н. Обухов Д.К., 1999). Среди многочисленного класса Млекопитающие представители отряда Грызуны характеризуются необычной пластичностью двигательных реакций и адаптировали различные среды обитания (Баев К.В., 1984). Изучение мотонейронов спинного мозга и клеток спинальных ганглиев, как эфферентных и афферентных структур двигательного анализатора у близкородственных животных, различающихся двигательной активностью, представляет значительный интерес для изучения эволюции нервной системы (Карамян А.И., 1970; Воробьева Э.И., 1992).

Целью работы был сравнительный анализ морфометрических и цитохимических показателей популяций моторных ядер переднего рога спинного мозга и спинномозговых узлов шейного и поясничного отделов представителей самого многочисленного и филогенетически древнего отряда млекопитающих - Грызуны, cемейства Мыши, адаптированных в процессе онто- и филогенеза к различным условиям обитания и принадлежащих к разным экологическим (полуподземные и подземные животные) и систематическим группам (роды: Мыши, Крысы, Серые полевки и Слепушонки) (Соколов И.И. и др., 1963; Наумов С.П.,1982; Шевырева Н.С. 1983).

Из группы полуподземных животных были изучены мышь домовая (МД), мышь белая (MБ), крыса серая (КС), крыса белая (КБ), полевка обыкновенная (ПОб); из группы подземные животные - слепушонка обыкновенная (СОб). По особенностям содержания мышь домовая и крыса серая - синантропные животные, мышь белая и крыса белая - белые расы мыши домовой и крысы серой - лабораторные животные клеточного содержания. Полевка и слепушонка являются дикими животными. Освобожденные от позвоночника шейный (ШО) и поясничный (ПО) отделы спинного мозга, а также спинномозговые ганглии (Г) на уровне названных отделов, были фиксированы в жидкости Карнуа. Срезы для морфометрических исследований окрашены по методу Ниссля. Для гистохимических исследований проводили реакции с амидочерным 10Б, который стехиометрически выявляет структурированные белки в клетках.

В популяции мотонейронов вентрального рога спинного мозга, различающихся функциональными значениями и обеспечивающих иннервируемые мышцы импульсацией разной частоты (Жукова Г.П., 1977), мы исследовали отдельно группу медиальных (МЯ) и отдельно группу латеральных ядер (ЛЯ)

На препаратах определяли характер распределения базофильного вещества в нейронах, их количество в 1 мм² и размеры нервных клеток (площадь тела - Sт, цитоплазмы - Sц, ядер - Sя и структурный ядерно-цитоплазматический коэффициент - сЯЦК). Цитохимическое исследование - измерение содержания и концентрации структурированных белков в телах нейронов, цитоплазме и ядрах, а также ядерно-цитоплазматические коэффициенты (функциональный по содержанию - фЯЦК, регуляторный по концентрации - рЯЦК) проводили с помощью компьютерной цитофотометрии, используя систему Анализатора Изображений Видео Тест Морфо-4 (Санкт-Петербург, 1999).

Определение нормальности распределения признаков проводили с использованием критерия Колмогорова-Смирнова. Для сравнительного анализа особенностей взаимосвязей между полученными результатами, определяющими морфометрические и цитофотометрические характеристики нейронных популяций медиальных ядер (МЯ), был проведен межвидовой и внутривидовой корреляционный анализ (методами Краскела-Уоллиса и Спирмена). Статистическую обработку проводили с привлечением программ «EXCEL» и «Статистика-6 (Реброва О.Ю., 2002).

МЕДИАЛЬНЫЕ ЯДРА

Популяция МЯПО по плотности распределения моторных клеток в единице площади (389,6±91,2 - 724,9±108,8) превалировала над популяцией ШО (367,4±81,5 - 664,9±114,9). Минимальное количество клеток в 1мм² популяций ШО и ПО было обнаружено у крысы серой, максимальное - у полевки. Различия неравнозначного распределения нервных клеток в популяциях ШО и ПО можно обосновать тем, что они иннервируют функционально различающиеся группы мышц туловища и в шейном отделе сохранили филогенетически древний способ иннервации - двумя типами мотонейронов, расположенных в разных ядрах. В поясничном отделе подобной иннервации нет и нейронные пулы медиальных ядер ШО и ПО содержат разное количество нервных клеток (Андреева Н.Г., Обухов Д.К.,1999).

По линейным размерам нейроны популяций МЯШО и ПО у грызунов резко не отличались. Площадь тел клеток ШО составила 388,0±99,5 - 904,3±130,5 мкм²; ПО - 370,7±102, - 882,7±143,7 мкм². Размеры цитоплазмы нервных клеток ШО изменялись в пределах 284,0± 80,3 - 662,8±111,5мкм²; ПО - в пределах 275,4±83,8 - 688,8±116,1 мкм². Границы изменчивости площади ядер нейронов ШО составили 103,2±28,5 - 240,9± 40,4 мкм²; ПО - 95,3± 29,8 - 193,9±44,4 мкм². Самые мелкие нейроны в популяциях ШО и ПО были обнаружены у мыши белой, самые крупные - у полевки.

Значения структурных коэффициентов мотонейронов ШО (0,271±0,07 - 0,376±0,1) (крыса серая - полевка) и ПО - (0,244±0,07 - 0,360±0,1) (крыса серая - мышь белая) были примерно на одном уровне.

В моторных клетках популяции МЯШО грызунов количество белков в цитоплазме (109,5±25,3 - 212,8±52,1) (мышь белая - полевка) было значительно выше, чем в ядре (35,8±11,6 - 68,0±19,2) (крыса белая - полевка). Крайние границы белкового фонда в телах нейронов (146,6± 28,5- 280,7±65,8) обнаружились также у мыши белой и полевки. Показатели количественной оценки структурированных белков в ядрах нейронов отражают уровень транскрипционных, а в цитоплазме - уровень и трансляционных процессов (Хесин, 1970; P. v Sengbusch, 1982). В ядрах мотонейронов популяции МЯШО синантропных грызунов и их близкородственных альбиносов показатели количества белков почти не различались (35,8±11,6 - 45,7±16,8) (крыса белая - мышь домовая) и, вероятно, отражают их онтогенетический адаптивный уровень метаболизма. У диких животных в сравнении с синантропными, количество белков в нейронах было больше в 1,5 - 2 раза, что можно объяснить иными условиями обитания и другим уровнем метаболических процессов. Изменение содержания белков в цитоплазме и телах мотонейронов МЯШО грызунов наблюдалось в следующей последовательности: ПОб > СОб > КС > МД > КБ > МБ. Ряд животных отражающий изменение белков в ядра моторных клеток был другой: ПОб > СОб > МД > КС > МБ > КБ.

Моторные клетки МЯПО в телах нейронов (136,3±43,7 - 383,5±108,8), в цитоплазме (104,1±33,7 - 308,7±90,4) и в ядрах (32,2±11,3 - 74,7±22,9) содержали гораздо большее количество структурированных белков, чем клетки ШО. Минимальное количество белков было, по - прежнему, у мыши белой, а наибольшее - у полевки. Содержание белков в мотонейронах мышей, крыс и слепушонки резко не отличалось, а у полевки было больше почти в 2 раза что, вероятно, можно связать с ее подземным существованием. Последовательность животных по мере уменьшения количества белков в ядрах клеток (ПОб > КБ > СОб > КС > МД > МБ) в цитоплазме и телах нейронов популяции ПО (ПОб > КБ > КС > СОб > МД > МБ) отличалась от рядов грызунов отражающих изменение белков в клетках ШО.

Значения функциональных коэффициентов в мотонейронах ШО (0,266±0,07 - 0,349±0,1) и ПО (0,233±0,06 - 0,322±0,08) почти не отличались.

Распределение структурированных белков в моторных клетках популяций МЯШО и ПО было не одинаковое. Показатели концентрации в телах клеток (0,295±0,06 - 0,378±0,04), цитоплазме (0,298±0,06- 0,385±0,03) и в ядрах мотонейронов (0,287±0,07 - 0,359±0,05) ШО были ниже, чем показатели концентрации белков тел нейронов (0,300±0,07 - 0,430±0,1), цитоплазмы (0,310±0,07 - 0,450±0,1) и ядер нервных клеток (0,270±0,07 - 0,390±0,1) ПО. Наименьшие значения концентрации белков в нейронах ШО обнаружены у крысы серой; ПО - у слепушонки. Наибольшая плотность распределения белков в клетках ШО была выявлена у мыши белой; в клетках ПО - у полевки.

По мнению ряда авторов (Стрельников И.Д., 1970; Воробьева Э.И., 1992) процессы синтеза белков у крупных и мелких животных различаются. В нервных клетках ШО мелких животных - мышей, полевки и слепушонки показатели концентрации в цитоплазме (0,347±0,06 - 0,385±0,03) и телах мотонейронов (0,340±0,09 - 0,378±0,04) были почти на одном уровне, а распределение белков в ядрах нейронов отличалось большей вариабельностью (0,302±0,06 - 0,359±0,05). В нервных клетках крупных животных - крыс концентрация структурированных белков была невысокой.

В ядрах нервных клеток популяции МЯПО значения концентрации белков совпадали у крыс (КС - КБ;0,320±0,03 - 0,320±0,08); у мыши домовой и слепушонки были также на одном уровне (МД: 0,271±0,05; СОб: 0,270±0,07). Однако показатели концентрации цитоплазмы у этих животных отличались. Одинаковые значения концентрации цитоплазматических белков были выявлены у синантропных грызунов - мыши домовой и крысы серой (МД - КС: 0,335±0,05 - 0,333±0,03) и почти одинаковые значения - у лабораторных грызунов - мыши белой и крысы белой (МБ - КБ: 0,377±0,04 - 0,360±0,08). Значения регуляторного коэффициента в клетках ШО (0,825± 0,07- 0,960±0,09) и ПО (0,806±0,08 - 0,962±0,05) почти не отличались. Подобные комбинации количественной оценки структурированных белков и их коэффициентов в моторных клетках грызунов, вероятно, можно рассматривать как критерии их адаптивных реакций.

Внутривидовой корреляционный анализ морфо - и гистохимических особенностей мотонейронов МЯ грызунов показал отсутствие каких-либо связей между линейными размерами нейронов и плотностью их распределения в популяции. В нервных клетках синантропных грызунов и их близкородственных альбиносов - лабораторных животных обнаружилась сильная прямая зависимость содержания белков от линейных размеров клеток и умеренная прямая зависимость содержания белков от их концентрации. У диких животных характер корреляционных связей несколько отличался: в моторных клетках была выявлена сильная прямая зависимость количества структурированных белков от их концентрации и умеренная прямая зависимость содержания белков от площади их нейронов.

ЛАТЕРАЛЬНЫЕ ЯДРА

В популяциях ЛЯШО (367,1±87,8-530,7±148,8) и ПО (355,7±76,0- 547,1±135,2) количество нейронов в 1 мм² было почти одинаковое. Сходное распределение мотонейронов в единице площади популяции ЛЯШО и ПО у представителей одного отряда можно объяснить сродством филогенеза и сходным строением мышц их поясов конечностей (Оленев С.Н., 1987). Мотонейроны, связанные с определенными мышцами, занимают строго определенное положение в нейронном пуле (Андреева Н.Г., Обухов Д.К.,1999) и, вероятно, поэтому их количество постоянно у представителей одного отряда.

Линейные параметры мотонейронов ЛЯШО и ПО поясничного отдела резко не отличались и имели следующие границы изменчивости: в ШО размеры клеточных ядер составили 113,1±26,6-199,9±33,4 (мышь домовая слепушонка), размеры цитоплазмы 328,2±77,9 - 736,0±207,6, а крайние границы размеров тел мотонейронов были 441,3±94,9 - 929,9±254,9 мкм² (мышь домовая - крыса серая); в ПО показатели площади ядер, цитоплазмы и тел нервных клеток составили, соответственно, 117,9±44,0 - 229,6±34,0; 330,2±132,2 - 744,2±112,7 и 448,1±164,5-973,9±125,7 мкм² (мышь белая - полевка). У грызунов изменение площади ядер нейронов ШО происходило в одном порядке: СОб > КС > ПОб > МБ > КБ > МД, а изменения площади цитоплазмы и тел нейронов составили другую последовательность: КС > ПОб > СОб > КБ > МБ > МД. Изменения площади ядер нейронов ПО составили другой ряд животных - ПОБ > МД > КС > СОб > КБ > МБ, который также отличался от последовательного расположения площади клеточных тел и цитоплазмы (ПОб > КС > КБ > СОб > МД > МБ).

Крайние значения структурного коэффициента у грызунов составили в клетках ШО - 0,270±0,06 - 0,395±0,125 (мышь белая и крыса серая) и в нейронах ПО - 0,253±0,06 - 0,380±0,12 (мышь белая и крыса серая).

Моторные клетки ЛЯШО и ПО по количеству белка в ядрах (ШО:29,0±9,4 - 69,6±18,3; ПО: 38,8±11,7 - 67,8±20,8), в цитоплазме (ШО: 106,1±26,4 - 268,8±74,2; ПО 120,0±36,0- 266,7±71,5) и в телах нейронов (ШО: 135,2±32,7 - 338,5±89,6; ПО: 158,8±42,9 - 334,5±88,4) различались незначительно. В популяции ШО минимальное содержание структурированных белков было обнаружено у мыши домовой; максимальное - у крысы серой. Уменьшение содержания белков в ядрах и телах нейронов ШО у грызунов наблюдалось в одной последовательности: КС > СОб > ПОб > МБ > КБ > МД; цитоплазмы - в другой: КС > ПОб > СОб > МБ > КБ > МД. В популяции ПО наименьшие показатели белкового фонда были выявлены у полевки; наибольшие - у мыши белой. Изменение количества белков в ядрах, цитоплазме и телах нейронов популяции ПО в сравнении с клетками популяции ШО, у грызунов происходило более равномерно: ПОб > КС > КБ > МД > СОб > МБ.

Функции пояса передних и пояса задних конечностей у грызунов различные Передние конечности являются пропульсивными и у синантропных, лабораторных и диких грызунов различаются комплексом выполняемых движений. Задние конечности - аммортизационные. У всех грызунов они формируют основной толчок и амортизируют в момент приземления. Вероятно поэтому границы изменчивости концентрации белков в ядрах нейронов (0,254±0,05 - 0,360±0,03), в цитоплазме (0,3±0,04 - 0,396±0,03) и в телах нейронов (0,29±0,04 - 0385±0,03) популяции ЛЯШО были гораздо шире, чем в клетках ПО и отражали разный уровень их метаболической активности. Максимальные показатели концентрации белков были выявлены у мыши белой. Самые низкие значения концентрации белков в цитоплазме и в телах нейронов у крысы белой, а в ядрах клеток - у мыши домовой. Изменение концентрации в ядрах (МБ > КС > СОб > ПОб > КБ > МД), в цитоплазме (МБ > СОб > КС > ПОб > МД > КБ) и в телах нейронов (МБ > КС > ПОб = СОб > МД > КБ) в моторных клетках ШО в ряду грызунов происходило неравномерно.

В популяции ЛЯПО у грызунов крайние границы концентрации белков различались незначительно и составили в ядрах клеток: 0,300±0,09 - 0,346±0,03 (слепушонка - крыса серая); в цитоплазме: 0,353±0,06 - 0,370±0,08 (мышь домовая - крыса серая) и в телах нейронов: 0,340±0,05-0,370±0,08. У крысы серой и крысы белой распределение белков в ядрах клеток было одинаковое (0,346±0,03-0,340±0,08). У синантропных животных - мыши домовой и крысы серой (0,353±0,06 - 0,357±0,03), а также у лабораторных животных - мыши белой и крысы белой (0,364±0,03 - 0,370±0,08) совпадали значения концентрации цитоплазматических белков. Дикие грызуны по показателям концентрации в ядрах, цитоплазме и в телах нейронов вообще не различались.

Значения регуляторных коэффициентов в нейронах шейного (0,78±0,09-0,985±0,07) и поясничного отделов (0,82±0,06-0,97±0,06) были на одном уровне.

Внутривидовой корреляционный анализ нейронов популяций ЛЯ обнаружил почти полное отсутствие связей между морфометрическими признаками - плотностью распределения нейронов и их линейными размерами. У синантропных грызунов (мышь домовая - крыса серая) выявлены слабые отрицательные и умеренные отрицательные зависимости между плотностью нейронов и количеством белка в них, а также между плотностью нейронов и распределением белка в нейронах. У мышей и крыс популяции латеральных ядер также как и в популяции медиальных ядер, между линейными параметрами нейронов и содержанием в них белков сформированы сильные положительные связи, а между значениями концентрации и количеством белков в клетках - умеренные положительные связи. У диких грызунов в нейронах популяциях латеральных и медиальных ядер между линейными параметрами и содержанием белков обнаружились умеренные положительные связи, а между содержанием белков в клетках и их концентрацией - сильные положительные связи. Таким образом, функционально схожие моторные клетки латеральных и медиальных ядер, различающиеся импульсацией и выделенные в отдельные функциональные группы у грызунов, различающихся двигательными реакциями, имели как признаки сходства, так и отличия.

СПИННОМОЗГОВЫЕ ГАНГЛИИ

Функционально отличные афферентные клетки спинальных ганглиев имели существенные отличия от эфферентных клеток спинного мозга. Наименьшее количество нейронов в единице площади популяции ГШО грызунов были обнаружены - у слепушонки (1321,2±400,6), наибольшее - у полевки (3088,7±479,7). Уменьшение значений клеточной плотности в ряду животных было следующим: ПОб > МД > МБ > КС > КБ > СОБ. В популяции ГПО границы изменчивости плотности клеток в популяции составили 1269,7±351,4 - 2886,5±768,5 (крыса серая - мышь домовая). Изменение плотности клеток в единице площади у грызунов наблюдалось в следующей последовательности: МД > ПОб > МБ > СОб > КБ > КС.

В клетках спинальных ганглиев ШО размеры ядер изменялись в пределах 78,9±19,6 - 111,6±20,7; размеры цитоплазмы - в пределах 236,9±61,6 - 312,0±94,2 и размеры тел нейронов составили 320,3±68,8-422,5±72,4 мкм². Наименьшие размеры цитоплазмы и тел нейронов были выявлены у мыши домовой, а наименьшие размеры ядер у мыши белой. Самые крупные ядра и тела нейронов обнаружены у крысы белой, а размеры цитоплазмы-у крысы серой. Снижение площади ядер нейронов популяции ГШО (КБ>КС>ПОб>СОб>МД>МБ), цитоплазмы (КС > КБ > СОб > МБ > ПОб > МД) и тел моторных клеток (КБ > КС > СОб > ПОб > МБ > МД) у грызунов происходило неравномерно.

Крайние показатели сЯЦК составили 0,312±-0,368± (мышь белая-крыса белая=мышь домовая). В небольших клетках мыши домовой сЯЦК был очень высокий и численно равнялся структурному коэффициенту нейронов крысы белой.

В популяции ГПО в сравнении с популяцией ГШО, афферентные нейроны были гораздо крупнее. Параметры их ядер варьировали от 69,5±15,3 до 145,3±33,4; размеры цитоплазмы возрастали в пределах 206,6± 47,6-359,1±72,5 и границы изменчивости параметров тел нейронов составили 276,2±57,9-504,5±93,8 мкм². Значения коэффициента изменялись в пределах 0,316±0,06-0,411±0,08. Самые крупные нейроны были обнаружены у слепушонки; самые мелкие - у мыши домовой. Ряды животных, отражающие изменчивость площади клеточных ядер, цитоплазмы и тел нейронов популяции ГПО были одинаковые (СОб > КБ > МБ > ПОб > КС > МД) и, вероятно, отражают меньшую вариабельность структурных компонентов их клеток.

Содержание структурированных белков в афферентных клетках популяции ГШО у грызунов резко не отличалось. Пределы изменчивости количественной оценки белкового фонда составили: в телах нейронов 101,3±46,8-148,0±39,1 (слепушонка обыкновенная - мышь белая); в цитоплазме 79,4±37,0-116,4±31,0 (слепушонка-мышь белая) и в ядрах клеток 21,8±10,6 - 32,2±8,7 (слепушонка-мышь домовая). Количество белка в ядрах клеток синантропных животных - мыши домовой (32,2±8,7), крысы серой (32,1±11,6) и лабораторной мыши (31,5±8,5) было на одном уровне. Также почти совпадало количество структурированных белков в ядрах клеток ГШО крысы белой (26,2±7,4) и полевки (27,7±7,3). Границы вариабельности количественной оценки белков в клетках ГПО были шире, чем в клетках ШО и составили в ядрах нейронов 17,1±5,1-47,6±23,2 (полевка-слепушонка), в цитоплазме 63,7±15,0-141,8±47,9 (мышь домовая - слепушонка) и в телах нейронов 82,7±19,8 - 178,4±85,5 (мышь домовая - слепушонка). У мыши домовой и полевки содержания белков в нейронах было примерно одинаковое. Изменение количества белков в ядрах нейронов у грызунов происходило в следующем порядке: СОб > КБ > МБ > КС > МД > ПОб; в цитоплазме и телах нейронов в другом порядке: КБ > СОб > МБ > КС > ПОб > МД.

Крайние значения фЯЦК в клетках ганглиев почти не различались и составили в ГШО 0,28±0,06 - 0,34±0,06, в нейронах ГПО - 0,26± 0,06- 0,37±0,08.

Пределы изменчивости концентрации белков у грызунов в клетках ГШО имели более широкий размах, чем пределы изменчивости количества белков и составили в ядрах клеток 0,230±0,05-0,399±0,04; в цитоплазме 0,270±0,04 - 0,439±0,04 и в телах нейронов 0,260±0,04-0,429±0,04 (крыса белая-мышь белая). По мере уменьшения концентрации в структурных компонентах и телах клеток ганглиев грызуны расположились в совершенно одинаковой последовательности и составили ряд: Ся; Сц; Ст: МБ > МД > КС > ПОб > СОб > КБ.

Наименьшие показатели концентрации структурированных белков в нейронах ГПО были обнаружены у полевки и составили в ядрах клеток 0,180±0,04; в цитоплазме 0,220±0,03 и в телах нейронов 0,210±0,04. Максимальные значения концентрации выявлены у крысы белой (Ся: 0,401±0,08; Сц 0,423±0,08; Ст 0,417±0,08). Крайние границы значений регуляторного коэффициента (0,820±0,08 - 0,943±0,04) также были определены у полевки и крысы белой. Ряды значений концентрации белков клеточных ядер, цитоплазмы и тел нейронов популяции ГПО (КБ > МБ > СОб > КС > МД > ПОб) и ряд показателей рЯЦК грызунов (КБ > МБ > СОб > КС > МД > ПОб) были совершенно одинаковые и вероятно, отражали стабильное состояние белкового фонда, обеспечивающего работу нервных клеток.

В нейронах спинальных ганглиев полуподземных животных - синантропных мышей, крыс, у дикой полевки, а также у лабораторных грызунов выявлены сильные положительные взаимосвязи между размерами нейронов и количеством в них белков, а также умеренные положительные связи между количеством белков и их распределением в нейронах. В афферентных нейронах спинномозговых ганглиев подземного животного - слепушонки, также как в мотонейронах спинного мозга, связи между размерами нейронов и количеством в них белка были умеренные положительные, а - между содержанием белков и их распределением - сильные положительные. В нейронах ганглиев грызунов, в отличие от моторных клеток спинного мозга появляются всевозможные взаимосвязи между плотностью распределения нейронов и их размерами, а также связи между плотностью клеток в единице площади и содержанием, либо распределением в них структурированных белков.

Таким образом, полученные показатели у диких и синантропных животных отражают сформированные в процессе исторического развития вида вариации морфометрических, биохимических признаков и корреляционные взаимосвязи эфферентных нейронов медиальных и латеральных ядер спинного мозга и афферентных нейронов спинальных ганглиев, которые можно считать критериями популяционно-клеточного уровня для выделения эколого-морфологических групп грызунов.

Обнаруженные нами морфометрические и гистохимические отличия, а также вновь выявленные нами корреляционные связи у лабораторных животных мы расценивали, как адаптивные реакции на антропогенное воздействие.

Размещено на Allbest.ru