Дофаминергическая система мозга при шизофрении (ультраструктурно-морфометрическое исследование)

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Дофаминергическая система мозга при шизофрении (ультраструктурно-морфометрическое исследование)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

Уранова Наталия Александровна



ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема шизофрении интенсивно разрабатывается во многих странах мира. Это связано не только с большой распространенностью заболевания, вызываемым им высоким уровнем инвалидизации и соответственно значительным экономическим бременем для общества, но и невыясненностью этиологии и патогенеза этого страдания.

Существует целый ряд гипотез, касающихся причин и механизмов развития шизофрении. Основными из биологических гипотез являются представления о наследственной обусловленности этого заболевания, его инфекционном, вирусном происхождении, аутоиммунная гипотеза и ряд биохимических и нейрохимических концепций. Нейрохимические гипотезы шизофрении в большинстве своем ориентированы на обмен отдельных нейротрансмиттеров и патологию функции соответствующих мозговых систем (дофаминергической, катехоламинергической, серотонинергической, ГАМКергической и др.).

Одной из наиболее распространенных и обоснованных является дофаминовая гипотеза шизофрении (Crow Т., 1981; Wyatt R., Kirch D., De Lisi L., 1989; Carlsson M, Carlsson A., 1990; Orgen S., 1994). Сущность ее, согласно первоначальным представлениям, сводилась к предположению о существовании при шизофрении гиперфункции дофаминергической системы мозга с избыточным выделением дофамина и гиперчувствительностью дофаминовых рецепторов. Право на существование таких представлений подтверждается особенностями клинических эффектов агонистов и антагонистов дофамина у человека. Речь идет о возникновении шизофреноподобных явлений у психически здоровых людей и обострении симптомов шизофрении при введении амфетамина и высокой терапевтической эффективности при шизофрении нейролептиков (например, галоперидола), являющихся антагонистами (блокаторами) дофаминовых рецепторов. Эти наблюдения доказывают вовлеченность дофаминергической системы в патогенез шизофрении на уровне медиаторно-рецепторных, т. е. преимущественно синаптических, взаимодействий. В пользу дофаминовой гипотезы шизофрении свидетельствуют также биохимические и позитронно-томографические данные, указывающие на нарушение обмена дофамина и гиперчувствительность дофаминовых рецепторов в структурах мозга с высокой концентрацией дофамина при шизофрении (Crow T. et al., 1979, 1981; Mackay A. et al., 1982; Seeman P., I960; Reynolds G., Cutts A., 1992). Хотя не все из перечисленных данных получили полное подтверждение (Reynolds G., 1992), в литературе признается факт существования.. связи между степенью связывания дофаминовых Д2 рецепторов нейролептиками и их антипсихотической активностью (Сгееэе I. et al.,1975; Seeman P., 1980).

Современный вариант дофаминовой гипотезы шизофрении отражает формирование представлений о возможности дисфункций дофаминергической системы при этом заболевании и гетерогенности функционального состояния отдельных ее структур. Так, накопились наблюдения, свидетельствующие о том, что при шизофрении может иметь место сочетание снижения функции мезокортикального отдела дофаминергической системы с гиперфункцией ее мезолимбической части (Davis К., 1991). Допускается также одновременное существование сдвигов Функциональных с явлениями деструктивного характера. Такого рода представления многими авторами рассматриваются в аспекте наличия при шизофрении позитивных и негативных расстройств. Crow Т. (1991), с учетом выраженности этих нарушений и состояния дофаминергических структур, выделяет два типа шизофрении.

Не являясь вполне завершенной, дофаминовая гипотеза шизофрении требует дальнейшей разработки. К числу недостаточно изученных ее сторон относится нейроанатомический аспект проблемы, т. е. вопрос о состоянии структур дофаминергической системы в его морфологическом выражении.

Несмотря на большое число работ по патологической анатомии шизофрении, дофаминергическая система мозга почти не была предметом специального изучения. С точки зрения самой дофаминовой гипотезы, в которой основное место отводится состоянию рецепторов, и с учетом таких характерных для шизофрении проявлений болезни, как разорванность мышления, диссоциативность интеллектуальных функций и аффективных реакций, на ультраструктурном уровне наибольший интерес представляет состояние межнейрональных синаптических связей, обеспечивающих Функционирование мозга и его отдельных систем как единого целого. Такого рода исследования в области шизофрении до сих пор не проводились. Сказанное выше обусловило выбор объекта и методов настоящего исследования.

Предметом исследования в настоящей работе были структуры дофаминергической системы мозга при непрерывнотекущей и приступообразно-прогредиентной шизофрении.

В основу построения нейроморфологического раздела исследования был положен структурно ориентированный подход, учитывающий существующие гистохимические и иммуногистохимические данные по картированию дофаминергических нейронов и их проекций в структурах мозга человека. Он был осуществлен на основе сочетания приемов клинико-анатомического анализа с применением методов электронной микроскопии и компьютерно-морфометрической оценки изменений межнейрональных синаптических связей. Последнее обусловило возможность подойти к оценке состояния дофаминергической системы мозга при шизофрении с точки зрения функциональной нейроморфологии.

Цель и задачи исследования.

Цель исследования состояла в установлении нейроморфологических особенностей дофаминергической системы мозга при шизофрении в структурах, являющихся источником дофаминовых проекций на уровне среднего мозга (комплекс черная субстанция -- вентральное поле покрышки среднего мозга) и в структурах, в которых оканчиваются аксоны дофаминовых нейронов (хвостатое ядро, префронтальная кора, передняя лимбическая кора).

Задачи исследования:

1. Установить ультраструктурные изменения клеточных элементов и межнейрональных связей в нигростриатном, мезокортикальном и мезолимбическом отделах дофаминергической системы мозга при шизофрении.

2. Выявить особенности нейроморфологии дофаминергической системы мозга по сравнению с типичными патоморфологическими проявлениями шизофренического процесса.

3. На основе ультраструктурно-морфометрического исследования выделить наиболее информативные количественные показатели состояния синаптических связей и определить основную направленность изменений синаптических контактов в зонах окончания аксонов дофаминергических нейронов среднего мозга при шизофрении.

4. Дать оценку состояния дофаминергической системы мозга при шизофрении на основе сопоставления ее изменений при этом заболевании с предварительно установленными собственными данными, касающимися Функциональных сдвигов, вызываемых стимулирующими и блокирующими психофармакологическими воздействиями -- агонистом дофамина (амфетамином) и антагонистом дофамина (галоперидолом).

5. Выделить наиболее информативные морфологические показатели изменений дофаминергической системы мозга, сопряженные с клинической Формой заболевания, а также возрастом больных и длительностью заболевания.

6. Оценить место и значение ультраструктурных изменений и синаптических перестроек в структурах дофаминергической системы мозга в обшей дофаминовой концепции шизофрении.



Научная новизна.

Впервые проведено нейроморфологическое ультраструктурно-морфометрическое изучение комплекса структур дофаминергической системы мозга, представляющих как источники дофаминовых проекций на уровне среднего мозга (черная субстанция -- вентральное поле покрышки), так и зоны их распределения в пределах нигростриатного (хвостатое ядро), мезокортикального (префронтальная кора) и мезолимбического (передняя лимбическая кора) ее отделов при шизофрении. Проведенное исследование отличает полнота охвата клеточных структур -- от тел клеток (нейронов, глии) до их отростков, аксонных терминалей и синапсов.

В дофаминергической системе мозга установлены как общие для шизофрении нейроморфологические проявления, так и признаки, свойственные преимущественно структурам этой системы. Выявлены также характерные для отдельных дофаминергических структур особенности.

Разработан и применен алгоритм компьютерно-морфометрического стереологичеокого исследования синаптических связей, который позволил количественно оценить изменения ультраструктуры и синаптической организации в разных областях мозга.

Состояние дофаминергической системы мозга при шизофрении на основании качественных данных о состоянии дофаминовых нейронов среднего мозга, а также на основании сопоставления полученных количественных характеристик синаптических перестроек в зонах проекций различных отделов дофаминергической системы мозга при шизофрении с результатами исследований синаптических перестроек в тех же отделах мозга под влиянием психотропных препаратов, т. е. в условиях моделирования гипер- и гипофункции дофаминергической системы, оценено как дисфункциональное. Впервые показана гетерогенность морфологического выражения такой дисфункции на разных уровнях структурной организации мозга: установлены нарушения нормального соотношения между отдельными пре- и постсинаптическими компонентами синапсов, изменения сопряженности сдвигов разных популяций синапсов.

Новым является положение о том, что ключевым элементом в структурных перестройках дофаминергической системы мозга при шизофрении является патология клеточных мембран, а также дистрофически-атрофичеокая аксонопатия, которые до последнего времени не считались типичными для шизофрении. Выявлено, что патология клеточных мембран является наиболее информативным показателем, сопряженным с клиническими формами шизофрении, и она более выражена при непрерывнотекущей шизофрении по сравнению с приступообразно-прогредиентной, особенно в случаях с большой длительностью заболевания и ранним возрастом его начала (до 25 лет).

Обращено внимание на неотмеченный в литературе факт наличия при шизофрении на ультраструктурном уровне сочетания дистрофически-деструктивных изменений нервной ткани с гипертрофическими и гиперпластическими процессами.

Практическая значимость.

Практическое значение результатов данной работы определяется расширением представлений о патогенезе шизофрении, которые неразрывно связаны с возможностью разработки новых подходов к терапии этого заболевания.

Выявленная дезорганизация синаптических связей в структурах дофаминергической системы мозга при шизофрении, проявляющаяся нарушением ультраструктуры синапсов на уровне их отдельных компонентов, изменением соотношения пре- и постсинаптических компонентов, а также числа аксошипиковых и аксодендритных связей может в большой мере определять свойственные этой болезни нарушения информационных процессов.

Показано, что изменения дофаминергической системы мозга выходят за рамки постулируемых дофаминовой гипотезой шизофрении нейромедиаторно-рецепторных нарушений, сближая ее с другими патогенетическими гипотезами, в частности, ориентированными на мембранную патологию, нарушения процессов перекисного окисления липидов и др. В связи с этим обнаруженная мембранная патология как характерное общее проявление ультраструктурных нарушений нервной ткани в дофаминергических структурах мозга при шизофрении, делает необходимым углубленное изучение механизмов нарушения Фосфолипидного обмена при этом заболевании, что важно для поиска новых подходов к фармакотерапии шизофрении.

Установленное положение о том, что дифференциация клинических форм шизофрении (приступообразная и непрерывнотекущая) определяется только степенью выраженности ультраструктурных изменений нервной ткани, и в первую очередь клеточной патологии мембран и дистрофических нарушений глиальных клеток, создает фактическую основу для более глубокого исследования клинико-анатомических взаимоотношений, с применением методов компьютерной морфометрии.

Разработанный алгоритм морфометрического стереологического исследования межнейрональных синаптических связей с использованием полуавтоматического анализатора изображений может быть применен при выявлении пластичности синаптических связей и их перестроек в любых экспериментальных исследованиях мозга в норме и патологии, а также в клинико-анатомических исследованиях. Он успешно применяется в нескольких лабораториях НЦ психического здоровья РАМН, в Томском научном центре РАМН, а также в исследованиях, выполняемых в рамках программы международного научного сотрудничества.

Основные положения работы.

1. Подтверждено наличие органического мозгового процесса при шизофрении, выходящего за рамки постулируемых дофаминовой гипотезой шизофрении трансмиттерно-рецепторных сдвигов.

2. Выявлены выраженные ультраструктурные изменения клеточных элементов и синаптических связей в дофаминергической системе мозга при шизофрении.

3. Состояние дофаминергических структур мозга при шизофрении характеризуется комплексом ультраструктурных изменений, включающим признаки выраженной патологии (дистрофический процесс) и компенсаторные перестройки в сохранных клеточных элементах. Характерным является нарушение глио-нейрональных взаимоотношений, обусловленное дистрофическими изменениями всех типов глиальных клеток. Наиболее общим элементом патологии является изменение цитоплазматических и внутриклеточных мембран (включая мембранные образования в зоне синаптических контактов) и мембран миелиновых волокон, а также изменения митохондрий по дистрофически-деструктивному типу как в нейронах, так и в межнейрональных синаптических связях и глиальных клетках всех типов.

4. На основе разработанного алгоритма для компьютерно-морфометрического стереологического исследования синаптических связей с помощью полуавтоматического анализатора изображений при шизофрении установлено, что изменения ультраструктуры синаптических контактов и синаптической организации имеются во всех зонах окончаний аксонов дофаминергических нейронов в хвостатом ядре (нигростриатная система), префронтальной коре (мезокортикальная система) и передней лимбической коре (мезолимбическая система). К наиболее информативным показателям ультраструктурных перестроек синаптических связей отнесены размеры постсинаптических уплотнений, объемная, поверхностная и численная плотности аксонных терминалей и содержащихся в них митохондрий.

5. Наряду с регрессивными изменениями синаптических связей в пределах структур дофаминергической системы мозга (сморщивание пресинаптических терминалей, отсутствие в них митохондрий, наличие коротких активных зон синапсов, дегенерация аксонных окончаний по темному типу) отмечены также и прогрессивные сдвиги в виде гипертрофии и гиперплазии аксонных окончаний, увеличения числа аксошипиковых связей, что свидетельствует о разнонаправленном характере синаптических перестроек в целом, часть из которых направлены на компенсацию выявленной патологии синаптических контактов.

6. Характер обнаруженных при шизофрении ультраструктурных особенностей дофаминергической системы мозга, а также их сопоставления с изменениями, характеризующими состояние гиперфункции дофаминергической системы (амфетамин) и блокадой ее функции (галоперидол), свидетельствуют о наличии при шизофрении дисфункции дофаминергической системы мозга. Наиболее четко она выражена в областях проекций дофаминовых нейронов, где выявлено нарушение нормального соотношения между пре- и постсинаптическими ультраструктурными компонентами синапсов, разнонаправленный характер изменений популяций аксошипиковых и аксодендритных синаптических связей и синаптических перестроек в разных областях проекций дофаминовых нейронов, а также в нарушении синаптической организации в целом.

7. Ультраструктурные изменения нервной ткани в структурах дофаминергической системы мозга дистрофически-деструктивного типа, касающиеся ультраструктуры нейронов, синаптических контактов и глиальных клеток, при непрерывнотекущей шизофрении более выражены, чем при приступообразно-прогредиентном течении заболевания. Выявленный комплекс ультраструктурных изменений, включающий нарушения ультраструктуры нейронов, глиальных клеток и синаптических связей дистрофического характера в сочетании с компенсаторными перестройками пролиферативно-гипертрофического типа, может иметь отношение к формированию таких клинических особенностей заболевания, как позитивные и негативные симптомы шизофрении.

8. Отсутствие корреляции параметров синаптических структур с длительностью болезни, отсутствие прогрессивных реакций глии, увеличение числа безмиелиновых волокон и аксонных окончаний в некоторых областях дофаминовых проекций в структурах дофаминергической системы мозга при шизофрении свидетельствует о возможных нарушениях развития дофаминергических структур на ранних стадиях онтогенеза.

Апробация работы.

Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на отечественных и международных конференциях, симпозиумах и конгрессах, в том числе: на конференции «Дегенерация нервной системы» (Бранденбург, ГДР, 1985), на Пленуме Всесоюзной проблемной комиссии «Структурно-функциональные основы организации мозга в норме и патологии» (Махачкала, 1986), на Всесоюзной конференции «Химия, фармакология и клиника нейролептиков» (Таллинн, 1936), на конференции «Новые методы в нейроморфологии» (Лейпциг, ГДР, 1987), на конференции «Методологические, теоретические и методические аспекты нейроморфологии» (Москва, 1988), на XIII Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (Звенигород, 1988), на Всесоюзном симпозиуме «Морфо-функциональные исследования нейронов и синапсов» (Пущино, 1989), на советско-итальянском симпозиуме «Современные вопросы геронтологии, психофармакологии и организации психиатрических служб»(Москва, 1989), на Всесоюзной конференции «Медико-биологические аспекты охраны психического здоровья» (Томск, 1990), на V Всемирном конгрессе по биологической психиатрии (Флоренция, Италия, 1991), на XIV конференции по электронной микроскопии (биология и медицина) (Черноголовка, 1992), на ежегодном рабочем совещании по шизофрении (Бадгаштайн, Австрия, 1992).

Публикации.

По результатам диссертации опубликовано 23 научные работы, в том числе 10 в центральных отечественных и 7 в зарубежных журналах.



Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов, обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Объем диссертации -- 300 страниц машинописного текста, включая 6 таблиц и 93 рисунка (микрофотографии, графики, схемы). В работе цитируется 465 наименований, иэ них 75 отечественных и 390 зарубежных.

Благодарности.

Автор выражает благодарность сотрудникам НИИ клинической психиатрии НЦ психического здоровья РАМН за помощь в проведении настоящего исследования. Особую благодарность автор выражает профессору Д.Д. Орловской за большую помощь в проведении исследования и подготовке диссертации. Автор также благодарит д. м. н. А.И. Ойфа за участие в работе и обсуждение ее результатов. Автор выражает благодарность лаборанту -- исследователю Н.Н. Матятовой, инженерам А.М. Теодоровичу, В.П. Бруку и другим сотрудникам лаборатории клинической нейроморфологии за подготовку и обработку препаратов для исследования и за техническую помощь в работе.

дофаминергический нейроморфологический шизофрения синаптический



МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Материал исследования.

Нейроморфологическое изучение дофаминергической системы мозга при шизофрении проводилось на посмертно взятом материале. Основную группу наблюдений составили 25 случаев шизофрении (7 мужчин, 18 женщин). Все они относились к больным, которые при жизни в период с 1984 по 1992 г. г. находились в Московской городской клинической больнице № 1 им. Н. Н. Алексеева (глав, врач -- канд. мед. наук В. А. Козырев).

Использовали 2 критерия для отбора наблюдений -- диагноз и время, прошедшее от момента смерти до взятия материала для исследования. В работу были включены случаи шизофрении, не вызывавшие сомнения в диагностическом отношении. Большинство больных на разных этапах течения болезни были проконсультированы сотрудниками НИИ клинической психиатрии НЦПЗ РАМН, а также ведущими специалистами больницы. Из всего клинико-анатомического материала, поступившего в лабораторию клинической нейроморфологии НИИ клинической психиатрии НЦ психического здоровья РАМН в указанный выше период, в разработку были включены только случаи прогредиентной непрерывнотекущей шизофрении, а именно шизофрении параноидной (16 наблюдений) и случаи приступообразно-прогредиентной (шубообразной) шизофрении, по течению, синдромальными проявлениям и степени развития негативных расстройств приближающиеся к непрерывнотекущим формам заболевания (9 наблюдений).

Диагноз основного заболевания в настоящей работе сформулирован в соответствии с классификацией психических болезней НЦ психического здоровья РАМН, а также Международной классификацией болезней 10-го пересмотра (МКБ-10).

Возраст больных к моменту смерти был от 26 до 77 лет, длительность заболевания -- от 8 до 54 лет. В подгруппе непрерывнотекущей шизофрении возраст колебался от 26 до 77 лет, длительность болезни от 8 до 54 лет; в подгруппе приступообразно-прогредиентной шизофрении эти показатели соответственно были 49--76 лет и 18-42 г.

Непрерывнотекущая параноидная шизофрения была достаточно типичной по своим проявлениям и особенностям развития болезни. В 6 случаях она манифестировала в среднем возрасте (25-40 лет), в 4 случаях ее начало было ранним (до 20 лет), в 6 более поздним (43-52 г.). Манифестный период болезни характеризовался возникновением, дальнейшим развитием и усложнением галлюцинаторно-бредового синдрома -- от несистематизированных идей отношения и преследования до сложных бредовых систем, тесно связанных с галлюцинаторными переживаниями, особенно на стадии появления синдрома Кандинского-Клерамбо с преобладанием псевдогаллюцинаторных расстройств. В некоторых случаях имело место развитие в последующем галлюцинаторной парафрении с Фантастическим бредом. В 1 из наших наблюдений в статусе больной к моменту смерти имелись признаки вторичной кататонии. Помимо такого рода позитивных (продуктивных) психических расстройств в 8 случаях достаточно быстро выявлялись и негативные симптомы, которые позволили к моменту смерти в группе непрерывнотекущей параноидной шизофрении констатировать состояние психического дефекта с типичной для шизофрении структурой и особенностями поведения. В 6 случаях состояние больных в целом оценено как дефектное. Наследственное отягощение шизофренией (семейная шизофрения) было у 6 больных этой подгруппы.

В подгруппе приступообразно-прогредиентной (шубообразной) шизофрении заболевание началось в возрасте 24-50 лет. Приступы болезни были преимущественно бредовыми и галлюцинаторно-бредовыми, лишь в 2 случаях выраженным был и аффективный компонент синдрома. В целом структура приступов видоизменялась в соответствии с закономерностями смены синдромов,

характерными для непрерывнотекущей шизофрении. Течение болезни было приступообразным с возникновением разной глубины ремиссий на Фоне постепенного углубления личностных расстройств и нарастанием психического дефекта. В 4 случаях последний полностью определял психический статус к моменту смерти. Наследственное отягощение шизофренией было выявлено у 4 больных.

Контрольную группу составили 25 случаев соматических заболеваний у лиц без признаков психической патологии (11 мужчин, 14 женщин). Возраст больных в контрольной группе колебался от 28 до 74 лет. Непосредственные причины смерти в основной и контрольной группах были сходными: преобладали острая сердечно-сосудистая недостаточность, инфаркт миокарда, тромбоэмболия легочной артерии. В этом отношении группа изученных нами случаев психических заболеваний по сравнению с контрольными наблюдениями не имела каких-либо особенностей.

Аутопсийный мозг в контрольных случаях был взят в патологоанатомическом отделении Московской городской клинической больницы № 55. Время от момента смерти до взятия мозга для исследования как в основной, так и в контрольной группах не превышало 6 часов.

При сравнении результатов исследования мозга в случаях шизофрении с контрольным материалом принимались во внимание изменения, привносимые процессом старения (в связи с этим отдельно рассматривались наблюдения, относившиеся к больным старше 60 лет) и изменения, обусловленные процессами посмертного аутолиза. В последнем случае для оценки возможного влияния такого рода процессов использовалась схема Ю. И. Савулева и В. А. Агафонова (1977) в той ее части, которая относится к периоду первых 4-6 час. после смерти, т. е. к случаям ранних аутопсий.

Для исследования были взяты участки дофаминергической системы мозга, которые могли дать представление как об областях расположения тел нейронов, дающих начало соответствующим трактам, так и об основных структурах, в которых оканчиваются аксоны дофаминергических нейронов, т. е. проекции этих нейронов. К первым относились черная субстанция и вентральное поле покрышки среднего мозга, ко вторым префронтальная кора (поле 10), передняя лимбическая кора (поле 24) и головка хвостатого ядра. Все структуры были взяты из левого полушария мозга.

Методы исследования.

Световая микроскопия.

Световая микроскопия использовалась как основа для клинико-анатомической диагностики шизофрении. Для светооптического исследования мозг фиксировали 10 % раствором формалина или 2,5 % раствором глютаральдегида на 0,1 М Фосфатном буфере (рН 7,2-7,4) в течение 24-48 час. После обезвоживания материал заливали в парафин и целлоидин. Затем готовили серийные фронтальные срезы соответствующих мозговых структур. Для гистопатологического исследования применялись следующие методики: окраска гематоксилин-эозином, метод Ниссля, методы Снесарева на астроглию и Мийагавы для выявления микроглии и олигодендроглии, окраска судаком черным на липиды по Лизону, а также фазово-контрастная и поляризационно-оптическая микроскопия.

Электронная трансмиссионная микроскопия.

Кусочки мозга фиксировали в 2,5 % растворе глютаральдегида на фосфатном буфере (рН 7,2-7,4) методом погружения в течение 24-48 час. По окончании фиксации лезвием бритвы готовили Фронтальные срезы толщиной 0,5-1,0 мм. Из них методом случайной выборки брались срезы, из которых вырезались 8-10 кусочков размером 1 мм. Их отмывали в 0,1 М фосфатном буфере (рН 7,2-7,4) в течение 10-15 мин. Затем материал дофиксировали в 1 % растворе четырехокиси осмия на 0,1 М фосфатном буфере в течение 1-2 час. После этого его отмывали в двух сменах того же буфера, обезвоживали в этаноле возрастающей концентрации и заключали в аралдит.

На ультратомах фирм «LKB»(Швеция) и «Не1спегЪ»(Австрия) получали полутонкие (1-2 мкм) и ультратонкие (45-60 нм) срезы. Полутонкие срезы делали через все слои коры головного мозга и подлежащее белое вещество, а также подкорковые структуры. Они были необходимы для ориентации в соответствующих структурах и прицельного приготовления ультратонких срезов. Полутонкие срезы окрашивались метиленовым синим или толуидиновым синим. Ультратонкие срезы окрашивали спиртовым раствором уранилацетата (15 мин при 56 С) и цитратом свинца по Рейнольдсу в течение 5 мин. при комнатной температуре. Материал просматривали и фотографировали на электронном микроскопе «ЕМ-420» фирмы «Philips» (Голландия).

Каждая из структур мозга изучалась методом трансмиссионной электронной микроскопии с целью общей оценки состояния мозговой ткани и всех ее элементов. При этом наибольшее внимание уделялось изучению синаптических связей, которые оценивались также с помощью специальных методов морфометрического анализа электронограмм.

Количественное электронномикроскопическое исследование (компьютерная морфометрия).

Морфометрический анализ был ориентирован на зоны наиболее плотных проекций дофаминергических нейронов -- центральную часть головки хвостатого ядра (нигростриатная система), слой VI префронтальной коры (мезокортикальная система) и слой II передней лимбической коры (мезолимбическая система).

Изучали две популяции синаптических контактов -- на шипиках и стволах дендритов. Принимались также во внимание тип синаптических контактов и их форма: подсчитывалось процентное соотношение выпуклых, вогнутых и плоских синапсов, «перфорированных» и«неперфорированных» синапсов.

Измерения проводили с помощью системы полуавтоматического анализа изображений «МОП-видеоплан» фирмы «Контрон» (Австрия) с негативов. Изображения с них с помощью телекамеры передавались на монитор системы, который позволял обводить контуры измеряемых объектов и визуально контролировать эту процедуру. Негативы получали в процессе фотографирования объекта при использовании метода «систематического случайного отбора образцов» (Weibel, 1979). Исследовали по 3 блока с каждой структуры, с которых снимали по 3 сеточки срезов. Фотографирование с сеточек осуществлялось слепым методом при увеличении х!8500. Такое увеличение соответствовало разрешающей способности системы «МОП-видеоплан» и было оптимальным для определения и обводки контуров соответствующих ультраструктур. С каждой сеточки получали по 32 негатива. Они отражали только область нейроглия, где расположена основная часть синаптических контактов. На каждый секционный случай приходилось по 96 негативов, общая площадь которых составляла 1361 мкм.

Измерялись следующие параметры:

1) площадь сечения аксонной терминали;

2) периметр аксонной терминали;

3) число аксонных терминалей на негатив;

4) суммарная площадь сечения митохондрий в аксонной терминали;

5) периметр митохондрий в аксонной терминали;

6) число митохондрий в аксонной терминали;

7) площадь сечения постсинаптического уплотнения;

8) периметр постсинаптического уплотнения;

9) длина постсинаптического уплотнения;

10) толщина (ширина) постсинаптического уплотнения;

11) площадь сечения шипика;

12) периметр шипика;

13) число шипиков на негатив.

Стереологический анализ проводили на основе измерения перечисленных выше линейных и плоскостных параметров. Оценивались следующие стереологические показатели:

1) объемная плотность (Volume density -- Vv), т. е. доля объема, приходящаяся на исследуемую структуру, в единице объема ткани;

2) поверхностная плотность (Surface density -- Sv), т. е. совокупная поверхность измеряемой структуры в единице объема ткани.

3) численная плотность (Numerical density -- Nv), т. е. число структур в единице объема ткани.

Указанные стереологические параметры вычисляли для аксонных терминалей, митохондрий в аксонных терминалях, постсинаптических уплотнений и шипиков. Вычисления стереологических показателей проводилось с использованием стереологической программы, предложенной Фирмой «Kontron Electronik» (ФРГ). Использовались следующие формулы:

Vv = 2-u"a /3-7f (t + 2/3 DQ) NA-AT;

Sv =4A/(t + 2/3 DQ)-AT;

Nv = NA/(t + 2/3 DQ)"AT

В приведенных Формулах: AT -- сумма площадей стандартных полей зрения; А -- сумма площадей сечения измеряемых профилей структур в AT; и -- сумма периметров измеряемых профилей в AT; NA -- число измеряемых профилей в AT; t- толщина срезов; DQ -- средний диаметр сечения профиля (DQ = u/71"NA). Толщину срезов определяли по методике «Small- fold technique», предложенной Weibel (1979). Средняя толщина среза составила 0,05 мкм. Объем репрезентативной выборки определяли на основании средних значений и коэффициента вариации (В. Ю. Урбах,1975, Г. Г. Автанвилов, 1990). Статистическую обработку результатов проводили на объединенной системе, состоящей из компьютера «IBM/PC/AT « (США) и «МОП-видеоплан» с помощью пакета программ «Statgraphics». Графическое представление результатов осуществлялось с помощью графического редактора «Harvard Graphics». Для оценки достоверности различий использовали параметрические и непараметрические критерии. Применяли также методы корреляционного анализа.



РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Световая микроскопия структур дофаминергической системы мозга при шизофрении.

Анатомически диагноз шизофрении, сформулированный на основе принятых в психиатрии принципов клинико-анатомической диагностики, был подтвержден во всех 25 наблюдениях. Были выявлены такие характерные признаки шизофрении, как наличие не связанных с сосудами очагов выпадения нейронов в поверхностных слоях (II и III) неокортекса, наличие гиперхромных нейронов, отложения липофусцина в нейронах, астроцитах и эндотелии сосудов и отсутствие глиальных реакций (заместительного глиоза в очагах выпадения нейронов). В случаях смерти больных старше 60 лет встречались также сенильные бляшки и участвующие в их формировании единичные активированные микроглиоциты. Встречающихся при патологии старения (болезни Альцгеймера и др.) изменений нейронов, в частности, клеток с Альцгеймеровским типом изменения нейрофибрилл, в наших случаях найдено не было.

Во всех исследованных случаях в патоморфологической картине болезни имелись также элементы аутолитических и возрастных изменений. К посмертным изменениям могут быть отнесены начальные явления экстраклеточного отека и набухания миелиновых волокон, а также набухание пресинаптических компонентов синапсов с разрежением синаптических пузырьков, что отражается уменьшением их числа. Гиперхромные нейроны более устойчивы к посмертным изменениям, и перечисленные сдвиги в них выражены значительно меньше. Обоснованность отнесения отмеченных признаков к проявлениям посмертных изменений ультраструктур мозга полностью подтверждается изучением нашего контрольного материала. Отмеченные выше посмертные изменения имелись в большинстве контрольных наблюдений и практически исчерпывались ими. Это дало нам основание сделать вывод о достаточной сохранности структур аутопсийного мозга, взятого не позднее 4-6 час. после смерти, для электронномикроскопического и морфометрического исследования. Последнее подтверждается и тем, что состояние изучавшейся нами мозговой ткани вполне соответствовало имеющимся в литературе описаниям взятого при шизофрении биопсийного материала (Сухорукова Л. И., 1969; Miyakawa Т. et al., 1972).

Возрастные изменения мозговой ткани, т. е. изменения, связанные с процессом старения, оценивались на основе сопоставления наблюдений, относящихся к 2 возрастным группам -- до и более 60 лет. Были выделены признаки, которые в изученных нами случаях могут быть отнесены к процессу старения мозга: увеличение в цитоплазме нейронов и глиальных клеток гранул липофусцина, набухание миелина в некоторых миелиновых волокнах, наличие в отдельных аксонных профилях аксональных сфероидов (дегенерирующих митохондрий) и единичных миелиноподобных структур в нейронах и глиальных клетках, повышение числа глиофибрилл с образованием грубых их пучков в астроцитах. Отмеченные выше признаки как посмертных, так и возрастных изменений, естественно, присутствовали и в нейроморфологической картине изучавшихся мозговых структур при шизофрении.

Электронная микроскопия дофаминергических структур среднего мозга -- областей локализации тел дофаминовых нейронов при шизофрении.

Ультраструктура черной субстанции.

В случаях шизофрении по сравнению с контролем в этой области мозга четко выступала своего рода мозаичность, когда на фоне неизмененных участков ткани выделялись клетки с признаками различных структурных изменений. Наиболее часто встречались нейроны с разной степенью гиперхромии. Имелись также сморщенные клетки, которых больше было в случаях непрерывнотекущей шизофрении. В дофаминовых нейронах имелось обилие типичных для них гранул нейромеланина, а также обилие липофусциновых гранул, липидных капель и лизосом на разных стадиях трансформации. Наиболее измененными внутриклеточными органеллами при шизофрении оказались митохондрии, в которых выявлено набухание, деформация и разрушение крист, появление осмиофильных включений; можно было видеть связь измененных митохондрий с липидными включениями. Хотя сходные изменения митохондрий обнаруживались и в контрольном материале, степень таких изменений при шизофрении была значительно выше. В отдельных нормохромных нейронах были видны дистрофические изменения в виде разного рода включений в соме и аксонах электронноплотного нитевидного материала, напоминающего измененные нейрофиламенты и микротрубочки. Эти включения располагались в зоне гранулярного эндоплаэматического ретикулума, вытесняя последний. Достаточно выраженными они были в 8 случаях шизофрении (у лиц старше 60 лет) и 1 контрольном наблюдении (больной 73 лет). Это дает основание полагать их связь со свойственной старению патологией цитоскелета, отражающей нарушения белкового синтеза. Помимо признаков нарушения белкового обмена были выявлены и признаки патологии углеводного обмена: скопления гранул гликогена в телах и дендритах нейронов, отсутствующие в контроле.

Характерной особенностью нейропиля черной субстанции при шизофрении по сравнению с контрольными случаями была избирательная патология миелиновых волокон различного диаметра. В одних волокнах эта патология касалась в основном осевого цилиндра. В таких миелиновых волокнах выявлены набухание и дезорганизация крист митохондрий, появление мультивеэикулярных и разного рода электронноплотных тел, в том числе аксональных сфероидов. Подобного рода изменения были более выраженными у больных обеими формами шизофрении, умерших в позднем возрасте. В других волокнах преобладали нарушения миелиновых оболочек: отложения мелкогранулярного и везикулярного материала в миелиновых оболочках, появление концентрических мембранных структур, многокамерных кист между ламеллами миелина и осевым цилиндром волокна, паракристаллических мембранных структур внутри и снаружи миелиновых волокон. Деструкция ламелл миелина часто приводила к образованию миелиноподобных фигур, как связанных с миелиновой оболочкой, так и располагающихся отдельно в нейропиле. Изменения в миелиновых оболочках часто сопровождались уменьшением диаметра осевого цилиндра волокна, т. е. его атрофией. Отмечалась большая выраженность нарушений ультраструктуры миелиновых волокон в случаях непрерывнотекущей шизофрении, особенно при начале болезни в подростковом и молодом возрасте. Наряду с развитием дистрофического, деструктивного и атрофического процессов в миелиновых волокнах можно было отметить признаки пролиферативных компенсаторных изменений: утолщение миелиновой оболочки, появление волокон с тонкой миелиновой оболочкой и насыщенной органеллами аксоплазмой, с гипертрофией и гиперплазией митохондрий. При этом многие аксоны и дендриты нервных клеток были полностью сохранными и не отличались от таковых в контрольном материале.

Типичная для шизофрении мозаичность состояния структур нейропиля относилась и к синаптическим контактам. Среди неизмененных синапсов выделялись синапсы с признаками самых разных изменений. Чаше всего обнаруживались гиперхромия и сморщивание пресинаптических аксонных окончаний, скопление в них избыточного числа синаптических пузырьков. В других аксонных окончаниях, напротив, имелись признаки набухания и число синаптических пузырьков в них было сниженным. В отдельных пресинаптических бутонах была обнаружена также темная валлеровская дегенерация. Все изменения чаще всего наблюдались в аксодендритных синапсах. К особого рода изменениям синаптических контактов при шизофрении относилось наличие многослойных мембранных структур вокруг аксонных терминалей с избыточным числом синаптических пузырьков. В образовании таких структур принимали участие претерминальная часть аксонов и тесно прилежащие к синапсам отростки астроцитов. Иногда мембранные структуры настолько тесно прилежали к синапсу, что деформировали его. В синаптических структурах отмечались и изменения пролиферативного характера: появление колб роста аксонов, гипертрофия пресинаптических окончаний, гипертрофия и гиперплазия содержащихся в них митохондрий. Признаки такого рода по существу компенсаторных изменений в синапсах, как и в миелиновых волокнах, выявлялись во всех случаях шизофрении, однако они были более выраженными в более молодом возрасте при меньшей длительности болезни.

Для глиальных элементов при шизофрении были характерны дистрофические нарушения. Это касалось в первую очередь астро- и олигодендроглии. Редко встречающиеся микроглиальные клетки были атрофичными с вакуолизацией цитоплазмы. Были отмечены также изменения в клетках периваскулярной глии и в сосудистой стенке: отечность перикапиллярных отростков астроцитов, дистрофические изменения перицитов и эндотелиальных клеток (включения липидных капель, липидно-гралулярных комплексов, появление в сосудистой стенке мембранных структур). При приступообразно-прогредиентной шизофрении такого рода изменения по сравнению с непрерывнотекущей были значительно менее выраженными.

Ультраструктура вентрального поля покрышки среднего мозга.

В этой структуре, где расположены тела дофаминовых нейронов, характер ультраструктурных изменений нейронов, синаптических контактов и глиальных клеток был во многом сходным с изменениями в черной субстанции. Однако были и некоторые особенности: найденные в цитоплазме и аксонах нейронов черной субстанции филаментозные включения в цитоплазме в данной структуре отсутствовали. Наряду с нормохромными и гиперхромными нейронами здесь были видны типичные для шизофрении сморщенные клетки. Помимо типичных дистрофических изменений астро- и олигодендроглии обнаружены признаки их активной фагоцитарной активности. Так, в цитоплазме этих типов клеток обнаруживались остатки поврежденных миелиновых волокон, миелиноподобные Фигуры и разнообразные мембранные структуры. Редко встречающиеся микроглиальные клетки выглядели атрофичными, но их ультраструктура в целом не была изменена.

Электронная микроскопия структур мозга -- областей дофаминовых проекций при шизофрении.

Ультраструктура головки хвостатого ядра (нигростриатная система).

Большинство нейронов в хвостатом ядре при шизофрении были нормохромными с типичной для них цитоплазмой, которая не претерпевала изменений, за исключением увеличения количества липофусциновых гранул и лизосом. Здесь редко встречались хроматолитические и гиперхромные нейроны, что существенно отличало спектр изменений ультраструктуры нейронов хвостатого ядра от описанных выше структур. Лишь в отдельных случаях параноидной шизофрении, с небольшой длительностью и началом болезни в возрасте до 25 лет наблюдались не только гиперхромные, но и сморщенные нейроны.

Структура большинства отростков нейронов, в частности, дендритов, миелиновых и безмиелиновых волокон и синаптических контактов была сохранной. Но некоторые дендриты были набухшими, в них отсутствовали митохондрии и микротрубочки, встречались вакуоли, гранулы липофусцина, электронноплотные включения. На фоне сохранных миелиновых волокон выявлялась патология отдельных волокон разного диаметра, аналогичная описанной в нейропиле дофаминергических структур среднего мозга. Характерным для патологии миелиновых волокон хвостатого ядра при шизофрении было появление многочисленных миелиноподобных фигур (многослойных мембранных образований) разной степени сложности и размеров, которые располагались как внутри, так и вне волокна.

На фоне сохранных синаптических структур выделялись синаптические контакты разной степени тяжести -- от видимого выраженного утолщения постсинаптических мембран в отдельных синапсах, набухания шипиков и пресинаптических аксонных терминалей, группировки синаптических пузырьков в центре терминали до сморщивания и темной валлеровской дегенерации пресинаптических бутонов. Наиболее выраженной особенностью синапсов хвостатого ядра по сравнению с другими структурами дофаминергической системы при шизофрении оказалось обилие синапсов с мембранными структурами. Многослойные мембранные кольцевидные структуры располагались как внутри, так и снаружи пресинаптической терминали, иногда охватывали терминаль полностью или полукольцом, как бы изолируя ее от окружающего нейропиля. При этом ультраструктура аксонных окончаний с мембранными структурами была или сохранной, или такие аксонные терминали выглядели атрофичными, в них отсутствовали митохондрии, и они образовывали синапсы с короткими активными зонами на шипиках и стволах дендритов. Обнаруживались также и признаки пластических перестроек синаптических контактов: обилие перфорированных синапсов и видимое удлинение активных зон отдельных синаптических структур, появление полирибосом в шипиках дендритов.

Достаточно выраженными были дистрофические изменения части клеток глиального ряда. Выявлены отечность астроцитов, их нагруженность липофусцином, липидными каплями, вакуолями и мембранными образованиями. Эти изменения были характерны как для астроцитов, расположенных в нейропиле, так и для перикапиллярных астроцитов. В клетках олигодендроглии отмечены пикноз ядер отдельных клеток, обеднение цитоплазмы органеллами, обилие конгломератов электронноплотного материала неизвестной природы. В контрольных случаях подобный материал отсутствовал. Вместе с тем при шизофрении был четко выражен феномен сателлитоза олигодендроцитов, редко наблюдавшийся в контрольном материале. В хвостатом ядре чаще, чем в других структурах, встречались и микроглиальные клетки. Часть из них была сохранной, в других отмечено набухание клеточных органелл и появление конгломератов электронноплотного материала, сходного с тем, который встречался в олигодендроглии. Осмиофильные гранулы обнаруживались иногда и в стенке кровеносных сосудов.

Большая выраженность и распространенность патологии мембран нейронов (обилие мембранных структур в пресинаптических окончаниях и кольцевидных мембранных структур внутри и снаружи миелиновых волокон), а также дистрофического процесса в глиальных клетках имели место при непрерывно-текущей шизофрении.

Морфометрия синаптических связей в головке хвостатого ядра.

Поскольку большая часть синапсов в головке хвостатого ядра расположена на шипиках дендритов, и окончания аксонов нигростриатных дофаминовых нейронов образует аксошипиковые синапсы, для морфометрического исследования была выбрана популяция аксошипиковых синапсов.

Морфометрическое исследование было проведено в 7 случаях параноидной шизофрении и в 7 контрольных случаях.

Результаты показывают, что в группе шизофрении средние значения всех параметров были выше, чем в контрольной группе. Однако соответствующие различия были достоверными только по двум параметрам -- Vv и Sv постсинаптических уплотнений (повышение на 67 и 52 % соответственно). Дополнительно проведенное на той же выборке исследование показало, что увеличение объемной и поверхностной плотностей постсинаптических уплотнений обусловлено достоверным повышением как их длины (на 14 %), так и толщины (на 16 %).

Достоверное повышение размеров постсинаптических уплотнений (являющихся зоной рецепторов к нейромедиаторам), может быть связано с повышением числа дофаминовых Д2 рецепторов и их гиперчувствительностью, поскольку аналогичные изменения установлены нами на модели гиперчувствительности дофаминовых Д2 рецепторов на животных (Uranova et al., 1991).

Многие авторы связывают гиперчувствительность дофаминовых Д2 рецепторов также с воздействием нейролептиков. В связи с тем, что исследованные нами больные лечились нейролептиками до момента смерти, нами был проведен корреляционный анализ между измеренными синаптическими параметрами, в том числе размерами постсинаптических уплотнений, и суммарными дозами нейролептиков, которыми лечили больных за период их последней госпитализации, выраженными в виде хлорпромазинового эквивалента (Davis,1974). Зависимости изменения исследованных параметров от действия нейролептиков выявлено не было. Следует также отметить отсутствие экстрапирамидных нарушений у исследованных больных как возможных побочных эффектов терапии нейролептиками. Не было установлено также зависимости показателей постсинаптических уплотнений при шизофрении от возраста и длительности болезни. Вместе с тем известно, что генетические факторы определяют число дофаминовых рецепторов и их чувствительность к агонистам дофамина (Fink R., Reis С., 1981; Kendler M., Davis S., 1984). Это дает основание предположить возможность генетической детерминированности увеличения размеров постсинаптических уплотнений при шизофрении.

Проведенный корреляционный анализ зависимости различных измеренных параметров между собой показал, что имеющиеся в норме жесткие связи между отдельными параметрами (митохондрий, аксонных терминалей, постсинаптических уплотнений и шипиков), при шизофрении ослабевают (Табл). Эти данные указывают на рассогласование функционирования как отдельных компонентов синаптических контактов, так и на нарушение связи между ультраструктурой и числом синапсов при шизофрении.

Морфометрия глио-синаптических взаимоотношений в головке хвостатого ядра.

В проведенном морфометрическом исследовании внутриклеточных органелл в соме астроглиальных клеток головки хвостатого ядра в тех же 7 случаях параноидной шизофрении и 7 контрольных случаях, в которых проводилась морфометрия синаптических контактов, оценивали объемную фракцию (Vv,%) и число (N) митохондрий (сохранных и набухших), набухших цистерн эндоплазматического ретикулума (с образованием вакуолей), липофусциновых гранул и липидных капель. Хотя в целом по группе шизофрении количественные показатели как объемной фракции, так и числа клеточных органелл не отличались достоверно в группе шизофрении по сравнению с контрольной, исследование корреляционных взаимоотношений между параметрами астроцитов и синапсов при шизофрении и в контроле выявило наличие достоверных позитивных корреляций между отдельными параметрами в контроле, но не при шизофрении: между Vv постсинаптических уплотнений и числом вакуолей в астроцитах (R=-0,86, p<0.01 в контроле и R--0.08, р<0,85 при шизофрении), (между Nv постсинаптических уплотнений и Vv липофусцина (R=0,87, p<0,01 в контроле и R=0,09, p<0,84 при шизофрении). Эти данные подтверждают нарушения глио-синаптических взаимоотношений при шизофрении.

Таблица Коэффициенты корреляции между параметрами синапсов в хвостатом ядре в контроле и при шизофрении

Параметры	Контроль	Шизофрения
W митохондрии/ Vv аксонных терминалей	R=0.82 р=0.02	R=0. 16 р=0.7
Nv митохондрия в аксонных терминалях/Vv аксонных терминалей	R=0.75 р=0.05	R=0.11 р=0.8
Nv митохондрия в аксонных терминалях/Nv аксонных терминалей	R=0.84 р=0.01	R=0.35 р=0.4
Vv постсинаптических уплотнения/ Nv постсинаптических уплотнении	R=0.78 р=0.04	R=0.48 р=0.3

Ультраструктура префронтальной коры (поле 10) больших полушарий (мезокортикальная система). В префронтальной коре, по сравнению с описанными подкорковыми структурами, изменения нейронов были более выраженными полиморфными. Этот полиморфизм определялся большим числом клеток с разной степенью гиперхромных изменений -- в диапазоне от нормохромных до сморщенных нейронов, нейронов с признаками периферического хроматолиза, нейронов, нагруженных липофусцином, липидными включениями и лизосомами, которые были расположены среди клеток с сохранной ультраструктурой. В отростках нейронов отмечалось набухание дендритов, отсутствие в них микротрубочек, разные формы деструкции митохондрий или отсутствие последних, а также набухание шипиков и гипертрофия шипикового аппарата. Среди сохранных миелиновых волокон в отдельных волокнах крупного и среднего калибра преимущественно в средних и глубоких слоях коры отмечались сходные с описанными в подкорковых структурах мозга изменения. Наиболее часто отмечалась деструкция митохондрий в осевых цилиндрах волокон, отложения гранулярного материала между осевым цилиндром и миелиновой оболочкой, локальная деструкция миелиновых оболочек. Различным было и состояние синаптических структур. Среди синапсов без признаков патологии обнаруживались измененные синаптические контакты как на шипиках, так и на стволах дендритов. Наиболее выраженными эти изменения были в слоях V, VI и II. Полиморфизм изменений синапсов во многом определялся состоянием пресинаптических аксонных терминалей, часть из которых находилась в состоянии разной степени набухания, другая -- разной степени сморщивания, и отдельные окончания были с признаками темной валлеровской дегенерации. В отличие от подкорковых структур в префронтальной коре при шизофрении сравнительно редко обнаруживались синапсы с мембранными структурами.

...