Нейроморфологические аспекты развития коры большого мозга человека в условиях пренатальной алкоголизации и гипоксии

Размещено на http://www.allbest.ru/

НЕЙРОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗВИТИЯ КОРЫ БОЛЬШОГО МОЗГА ЧЕЛОВЕКА В УСЛОВИЯХ ПРЕНАТАЛЬНОЙ АЛКОГОЛИЗАЦИИ И ГИПОКСИИ

Солонский А.В.¹, Кудренко А.С.²,

Семке В. Я.¹, Логвинов С. В.³

¹ НИИ психического здоровья СО РАМН

634014, Томск, ул. Алеутская, 4

² ГБОУ ВПО ОГМА МЗСР РФ

644099, Омск, ул. Ленина, 12

3 ГБОУ ВПО СибГМУ МЗСР РФ

634050, Томск, Московский тракт, 2

Методами световой микроскопии и компьютерной морфометрии установлены сходные закономерности развития нервных клеток и их ансамблей в коре большого мозга человека при пренатальной алкоголизации и хронической пренатальной гипоксии на стадиях развития 7--12 и 28--37 недель. Выявлены изменения в распределении нейронов по слоям коры мозга, изменение ширины межклеточного пространства и площади нейронов коры большого мозга пред- и постцентральной извилин.

Neuromorphological aspects of development of human cerebral cortex exposed to prenatal alcoholization and hypoxia.

Solonsky A. V.¹, Kudrenko A. S.², Semke V. Ya.¹, Logvinov S. V.^{3 1} Mental Health Research Institute SB RAMSci. 634014, Tomsk, Aleutskaya Street, 4. ² SBEI HPE OGMA MHSD RF. 644099, Omsk, Lenin's Street, 12. ³ SBEI HPE SibSMU MHSD RF. 634050, Tomsk, Moskovsky Trakt, 2. With methods of light microscopy and computer morphometry similar regularities of development of nervous cells and their ensembles in human cerebral cortex exposed to prenatal alcoholization and chronic prenatal hypoxia at stages of development: weeks 7--12 and 28--37 have been identified. Alterations in distribution of neurons at layers of cerebral cortex, alteration of breadth of intercellular space and square of cerebral cortex neurons of pre- and post-central gyri have been revealed.

Основные процессы формирования головного мозга у человека происходят до рождения, в течение эмбриогенеза - периода онтогенеза, начинающегося оплодотворением и заканчивающегося рождением. У человека этот период продолжается около 40 недель и составляет примерно 1 % от средней продолжительности жизни, учитывая статистику по развитым странам. Установлено, что влияние характера эмбриогенеза на последующее развитие головного мозга неизмеримо больше его временной доли во всем онтогенетическом развитии.

Интерес к эмбриональному периоду связан со стремлением выяснить принцип организации и взаимосвязи формирующихся нервных и глиальных клеток, их контактов, поскольку от этого в дальнейшем зависят сложнейшие функции головного мозга. Доказана чрезвычайно важная роль ранних этапов постнатального периода онтогенеза в развитии мозга. Развитие и свойства головного мозга определяется прежде всего генетическими факторами. Уровень общей когнитивной способности человека зависит от генетических факторов на 40--80 % [1].

Несмотря на доказанность роли генетического фактора в регуляции развития мозга, имеющиеся данные о геноме человека свидетельствуют о многократном превышении числа синапсов над числом генов и, как следствие, о том, что гены не могут жестко контролировать развитие, структуру и функционирование более триллиона синапсов. Маловероятно, что специфичность каждого синапса программируется определенным участком гена [2].

В развитии мозга, как и всего эмбриона, имеют место критические периоды - временные периоды, в течение которых многочисленные факторы внешней среды могут оказать значимое воздействие на формирование клеточных популяций или целых отделов мозга. Наиболее уязвим эмбрион на протяжении 3--8-й недель беременности, в период формирования осевых зачатков органов, а также на 15--20-й неделях - стадии усиленного роста головного мозга.

Основными факторами, вызывающими повреждение нервной системы плода, новорожденного, а в дальнейшем и младенца, являются внутриутробная гипоксия, родовая травма, асфиксия в родах, нарушение мозгового кровообращения, инфекции, экзогенные токсические вещества и генетические нарушения [3, 4].

Материал и методы. Материалом исследования послужил головной мозг 26 эмбрионов 7--12 недель развития, полученных от женщин, страдающих алкоголизмом, а также 30 детей обоего пола, погибших анте-, интра- и постнатально в течение первых 2 месяцев жизни от причин, не связанных с патологией головного мозга. I группу составили дети 28--37 недель, умершие анте- и интранатально. Во II группу вошли дети, погибшие анте- и интранатально в сроках внутриутробного развития 38--42 недели. III группа включала детей со сроком внутриутробного развития 28--37 недель, умерших в течение первых суток жизни. IV группу составили дети со сроком внутриутробного развития 38--42 недели. Основным заболеванием у детей являлась асфиксия плода и новорожденного. Критерием отбора служили отсутствие воспалительных заболеваний и пороков развития головного мозга.

Основными методами исследований послужили: фиксация мозга, электронная микроскопия, окраска гематоксилином и эозином, тионином по Нисслю, микрофотографирование, цитометрия, вариационно-статистический метод (ранговый дисперсионный анализ ANOVA Краскела-Уоллиса, двухвыборочный критерий Колмогорова-Смирнова, критерий Манна-Уитни, корреляционный анализ по методу Спирмена, точный двусторонний критерий Фишера). Классификация нервных клеток коры больших полушарий, определение степени их зрелости проводилась по Ю. М. Жаботинскому в модификации В. В. Семченко [5], что позволяет по состоянию вещества Ниссля наиболее полно оценить структурно-функциональные изменения нейронов.

Результаты и обсуждение. В I группе, которую составляли плоды в сроке гестации 28--37 недель, умершие анте- и интранатально, клеточные группировки формировались в поверхностных слоях коры большого мозга из гиперхромных клеток округлой формы, которые в этих же участках наслаивались друг на друга, иногда содержали два ядрышка. Клеточные группировки были округлой формы, а в случаях формирования в глубоких слоях имели вид цепочек, где клетки лежали в 1 ряд. В отдельных случаях верхушки клеток были ориентированы в разные стороны. В некоторых полях зрения наблюдалось соединение соседних вертикальных колонок 2--3 параллельными цепочками (рис. 1--4).

Рис. 1. Клеточные группировки в поверхностных и глубоких слоях коры большого мозга предцентральной извилины. Горизонтально расположенные цепочки нервных клеток (стрелка). Окраска по Нисслю. Ч400

Площадь клеточных группировок (Me=4025± 1698 мкм²) коры большого мозга предцентральной извилины была в 1,24 раза (p<0,005) больше клеточных группировок (Me=3227,6±1837,1 мкм²) коры постцентральной извилины.

Рис. 2. Глубокие слои коры большого мозга предцентральной извилины. Клеточные группировки в виде цепочек из 6--12 клеток (овал). Окраска по Нисслю. Ч400

Площадь нейронов (Me=294,9±68,4 мкм² в предцентральной извилине, Me=294,9±64,05 мкм² в постцентральной извилине), ширина межклеточного пространства коры предцентральной и постцентральной извилин (Me=0,8±0,4 мкм) статистически значимо между собой не отличались. Слабая корреляционная связь в постцентральной извилине отмечалась между шириной межклеточного пространства и размерами нейронов (r=0,3, p<0,005).

Рис. 3. Клеточные группировки в поверхностных и глубоких слоях коры большого мозга предцентральной извилины (овал). Окраска по Нисслю. Ч 400

Рис. 4. Участки выпадения нейронов (овал) коры большого мозга предцентральной извилины. Окраска по Нисслю. Ч400

В целом в I группе в головном мозге умерших детей выявлены признаки внеклеточного отека, пролиферации глии, дисциркуляторных изменений, широкий камбиальный слой, отмечались выпадения нейронов, очаги некроза.

Микроскопическое исследование коры большого мозга детей II группы показало, что морфологическая картина строения и расположение клеточных группировок различны. Клеточные группировки имели округлую форму или были в виде цепочек, в которых клетки располагались в 1 ряд или в виде дорожек по 2--3 клетки в ряду. Нейроны имели округлую и треугольную формы. В одних случаях (n=2) клеточные группировки формировались в глубоких слоях, а в других (n=3) - только в поверхностных слоях коры большого мозга. В поверхностных слоях нейроны располагались плотно друг другу. В некоторых случаях (n=2) дифференцировались крупные пирамидные клетки. Выявлялись гиперхромные несморщенные и гиперхромные сморщенные нейроны и клетки-тени. Площадь клеточных группировок предцентральной извилины оказалась больше таковой в постцентральной извилине в 1,2 раза (p<0,001). Площадь нейронов пред- и постцентральной извилин статистически между собой не отличалась. Ширина межклеточного пространства в коре большого мозга предцентральной извилины превышала ширину межклеточного пространства в коре постцентральной извилины в 1,25 раза (p<0,05). Во II группе, представленной детьми в сроке гестации 28--37 недель, прожившими первые сутки жизни, морфологическая картина строения и расположение клеточных группировок различались. Клеточные группировки встречались округлой формы, а также в виде цепочек, где клетки располагались в 1 ряд или в виде дорожек по 2--3 в ряду. Клетки были округлой и треугольной форм, встречались клетки, содержащие 2 ядрышка. В одних случаях клеточные группировки располагались в глубоких слоях, в других, наоборот, только в поверхностных слоях, более близко друг другу. В некоторых случаях была видна дифференцировка на крупные пирамидные клетки.

Наблюдались различные реактивные изменения нейронов в виде гиперхромных несморщенных и гиперхромных сморщенных клеток и клеток-теней. В случаях с выраженными реактивными изменениями нейронов отмечалось расширение периваскулярных и перицеллюлярных пространств.

Рис. 5. Площадь клеточных группировок коры большого мозга пред- и постцентральной извилин

II группа. 1 - площадь клеточных группировок предцентральной извилины, 2 - площадь клеточных группировок постцентральной извилины. Критерий Колмогорова-Смирнова, p<0,001

Площадь клеточных группировок предцентральной извилины (Me=3073,3±2002 мкмІ) была больше площади клеточных группировок в постцентральной извилине (Me=2393,1±1014,6 мкмІ) в 1,2 раза (p<0,001) (рис. 5).

Площадь нейронов коры составляла в предцентральной извилине Me=370,8±117,6 мкмІ, в постцентральной извилине Me=294±64,05 мкмІ (p<0,005). Ширина межклеточного пространства в коре большого мозга предцентральной извилины (Me=1,0±0,7 мкм) была больше ширины межклеточного пространства в коре постцентральной извилины (Me=0,8±0,6 мкм) в 1,3 раза (p<0,05) (рис. 6).

Рис. 6. Ширина межклеточного пространства коры большого мозга пред- и постцентральной извилин

II группа. 1 - ширина межклеточного пространства прецентральной извилины, 2 - ширина межклеточного пространства постцентральной извилины. Критерий Колмогорова-Смирнова, p<0,05

В III группе, включавшей в себя детей со сроком внутриутробного развития 28--37 недель, умерших в течение первых суток жизни, клеточные группировки отсутствовали либо были построены из коротких дорожек, состоящих из клеток округлой формы, гиперхромных, близко расположенных или наслаивающихся друг на друга. Отдельные клетки содержали 1--2 ядрышка. В глубоких слоях коры большого мозга клеточные группировки были не сформированы.

Площадь клеточных группировок (Me=3411,2± 2050 мкмІ - предцентральная извилина, Me=3373,3±2796,5 мкмІ - постцентральная извилина) и ширина межклеточного пространства предцентральной (Me=0,6±0,4) и постцентральной извилин (Me=0,6±0,3 мкм) коры больших полушарий статистически значимо между собой не отличались. Площадь нейронов в коре предцентральной извилины (Me=219,9±168,9 мкмІ) была больше площади нейронов в коре постцентральной извилины (Me=181,2±114,9 мкмІ) в 1,2 раза (p<0,1). Слабая корреляционная связь отмечалась между размерами нейронов и размерами клеточных группировок в предцентральной извилине (r=0,1, p<0,02).

В IV группе детей со сроком внутриутробного развития 38--42 недели, проживших первые сутки жизни, клеточные группировки по-прежнему формировались в поверхностных слоях коры большого мозга, состояли из клеток округлой и овальной форм, в глубоких слоях состояли из цепочек, где клетки располагались в 1 ряд. Клеточные группировки принимали округлую и треугольную формы. В одном случае в клетках были видны 2 ядрышка. В глубоких слоях пред- и постцентральной извилин отмечалось наличие крупных пирамидных клеток.

Площадь клеточных группировок коры большого мозга постцентральной извилины (Me=6629± 3495,3 мкмІ) была в 1,6 раза больше площади клеточных группировок в предцентральной извилине (Me=4109,7±1870 мкмІ) (p<0,001) (рис. 7).

Площадь нейронов коры большого мозга постцентральной извилины (Me=701,1±200,7 мкмІ) была больше площади нейронов коры предцентральной извилины (Me=514,65±198,8 мкмІ) в 1,3 раза (p<0,001) (рис. 8).

Рис. 7. Площадь клеточных группировок коры большого мозга пред- и постцентральной извилин

IV группа. 1 - площадь клеточных группировок предцентральной извилины, 2 - площадь клеточных группировок постцентральной извилины. Критерий Колмогорова-Смирнова, p<0,001

Рис. 8. Площадь нейронов коры большого мозга пред- и постцентральной извилин

IV группа. 1 - площадь нейронов предцентральной извилины, 2 - площадь нейронов постцентральной извилины. Критерий Колмогорова-Смирнова, p<0,001

Ширина межклеточного пространства в коре большого мозга предцентральной извилины (Me=0,8±0,7 мкм) больше аналогичного показателя в коре постцентральной извилины (Me=0,6±0,5 мкм) в 1,3 раза (p<0,005). В IV группе прослеживалась слабая корреляционная связь между межклеточным пространством и размерами нейронов (r=0,2, p<0,02) а также между площадью клеточных группировок и шириной межклеточного пространства (r=0,1, p<0,03), между размерами нейронов и размерами клеточных группировок (r=0,2, p<0,003).

Следует отметить, что в сроках внутриутробного развития 28--37 недель строение, месторасположение клеток и клеточных группировок отличались от более поздних сроков исследуемых нами групп: в ранних сроках гестации клетки в поверхностных слоях располагались близко, иногда наслаиваясь друг на друга, по размерам они были одинаковой, чаще округлой формы и величины. Клеточные группировки в большинстве случаев встречались лишь в поверхностных отделах коры большого мозга, в некоторых случаях вертикальные колонки были объединены горизонтальными цепочками из нервных клеток. В сроках 1 сутки - 2 месяца жизни в исследуемых нами группах отмечалась более отчетливая организация клеточных группировок, которые стали встречаться и в глубоких отделах коры больших полушарий, появились крупные пирамидные клетки. Помимо этого, в единичных случаях клеточные группировки в виде колонки соединялись горизонтальными цепочками из единичных нейронов. Внутри большинства групп между пред- и постцентральной извилинами наблюдались статистически значимые различия в размерах клеточных группировок, нейронов и ширины межклеточного пространства. Расстояние между клетками и размеры клеток увеличивались пропорционально возрасту и достигали максимума в сроке жизни 8 дней - 2 месяца. Размеры клеточных группировок отличались вариабельностью, динамичного роста показателей не наблюдалось. Во всех исследуемых группах отмечались нарушения упорядоченности расположения нервных клеток.

У детей с задержкой внутриутробного развития и нормотрофиков со сроком гестации 28--37 недель, умерших анте-, интранатально и в течение первых суток жизни, в поверхностных слоях коры большого мозга в пред- и постцентральной извилинах отмечается наслоение клеток друг на друга, отсутствует дифференцировка на слои, редко выявляются пирамидные клетки. С увеличением срока постнатального развития усложняется форма клеточных группировок и возрастает количество нейронов, входящих в их состав. морфометрия нервный мозг алкоголизация

В коре большого мозга пред- и постцентральной извилин у детей с задержкой внутриутробного развития и нормотрофиков со сроком гестации 38--42 недели, проживших 8 суток - 2 месяца, ширина межклеточного пространства в 1,5 раза больше, чем у детей со сроком гестации 28--37 недель, умерших анте- и интранатально. В коре большого мозга постцентральной извилины у детей с задержкой внутриутробного развития и нормотрофиков со сроком гестации 38--42 недели, проживших 8 суток - 2 месяца, площадь нейронов в 2,2 раза больше, чем в постцентральной извилине у детей с задержкой внутриутробного развития и нормотрофиков со сроком гестации 28--37 недель, умерших анте- и интранатально. У плодов с задержкой внутриутробного развития и нормотрофиков со сроком внутриутробного развития 28--42 недели, умерших анте- и интранатально и в течение 2 месяцев постнатального периода, отмечается межполушарная асимметрия: площадь нейронов в коре большого мозга постцентральной извилины правого полушария на 4,9 % больше площади нейронов в коре мозга левого полушария, площадь клеточных группировок коры мозга предцентральной извилины правого полушария на 15 % больше площади клеток неокортекса левого полушария.

Таким образом, выявленные нейроморфологические изменения коры большого мозга у детей в изученные сроки гестации при гипоксии оказались во многом сходными с таковыми при внутриутробной алкогольной интоксикации [6--8].

Литература

1. Рыжавский Б. Я. Развитие головного мозга: отдаленные последствия влияния некомфортных условий. - Хабаровск, 2002. - 162 с.

2. Пальцев М. А. Молекулярная медицина и прогресс фундаментальных наук // Вестник РАН. - 2002. - Т. 72, № 1. - С. 13--21.

3. Власюк В. В. Родовая травма и перинатальные нарушения мозгового кровообращения. - СПб., 2009. - 252 с.

4. Tyulina O. V., Prokopieva V. D., Boldyrev A. A., Johnson P. Erythrocyte and plasma protein modification in alcoholism: A possible role of acetaldehyde. // Biochimica et Biophysica Acta. - 2006. - V. 1762. - P. 558--563.

5. Семченко В. В., Степанов С. С., Алексеева Г. В. Постаноксическая энцефалопатия. - Омск, 1999. - 448 с.

6. Солонский А. В., Семке В. Я., Бохан Н. А., Логвинов С. В. Онтогенетические закономерности развития мозга плодов человека при алкоголизме матери // Сибирский вестник психиатрии и наркологии. - 2010. - № 2. - С. 9--18.

7. Solonskii A. V., Logvinov S. V., Kutepova N. A. Development of brain vessels in human embryos and fetuses in conditions of prenatal exposure to alcohol // Neuroscience and Behavioral Physiology. - 2008. - V. 38(4). - P. 373--376.

8. Шушпанова Т. В., Солонский А. В. Синаптогенез и формирование бензодиазепиновых рецепторов мозга человека в условиях пренатальной алкоголизации // Журн. неврологии и психиатрии. - 2012. - Вып. 1. - С. 60--67.

Транслитерация русских источников

1. Ryizhavskiy B. Ya. Razvitie golovnogo mozga: otdalen-nyie posledstviya vliyaniya nekomfortnyih usloviy. - Habarovsk, 2002. - 162 s.

2. Paltsev M. A. Molekulyarnaya meditsina i progress fundamentalnyih nauk // Vestnik RAN. - 2002. - T. 72, N 1. - S. 13--21.

3. Vlasyuk V. V. Rodovaya travma i perinatalnyie naru-sheniya mozgovogo krovoobrascheniya. - SPb., 2009. - 252 s.

5. Semchenko V. V., Stepanov S. S., Alekseeva G. V. Po-stanoksicheskaya entsefalopatiya. - Omsk, 1999. - 448 s.

6. Solonskiy A. V., Semke V. Ya., Bohan N. A., Logvinov S. V. Ontogeneticheskie zakonomernosti razvitiya mozga plodov cheloveka pri alkogolizme materi // Sibirskiy vestnik psihiatrii i narkologii. - 2010. - N 2. - S. 9--18.

8. Shushpanova T. V., Solonskiy A. V. Sinaptogenez i formirovanie benzodiazepinovyih retseptorov mozga cheloveka v usloviyah prenatalnoy alkogolizatsii // Zhurnal nevrologii i psihiatrii. - 2012. - Vyip. 1. - S. 60--67.

Размещено на Allbest.ru