Онтогенетические закономерности развития мозга плодов человека при алкоголизме матери

Размещено на http://allbest.ru

2

¹НИИ психического здоровья СО РАМН

²ГОУ ВПО Сибирский государственный медицинский университет Росздрава

Онтогенетические закономерности развития мозга плодов человека при алкоголизме матери

Солонский А.В. ¹, Семке В.Я. ¹, Бохан Н.А.¹, Логвинов С.В.²

Томск

Аннотация

Методами компьютерной морфометрии, световой и электронной микроскопии изучен головной мозг 7--12-недельных эмбрионов и плодов от женщин, больных алкоголизмом. Установлены закономерности онтогенеза мозга потомства, выражающиеся в элементах пролиферативного, деструктивного и реактивного характера реагирования нервных и глиальных клеток, их органелл, контактов и сосудов на пренатальное воздействие алкоголя.

Ключевые слова: онтогенез, головной мозг, плод человека, алкоголизм материнский.

Abstract

Ontogenetic regularities of development of human fetus brain against the background of maternal alcoholism

Solonsky A. V.¹, Semke V. Ya.¹, Bokhan N. A.¹, Logvinov S. V.²

¹Mental Health research Institute SB RAMSci., Tomsk,

²Siberian State Medical University of Ministry of Healthcare and Social Development of Russian Federation., Tomsk,

With methods of computer morphometry, light and electronic microscopy we have studied brains of 7--12-week embryos and fetuses from women with alcoholism. Regularities of ontogeny of offspring's brain expressed themselves in the elements of proliferative, destructive and reactive character of response of nervous and glial cells, their organelles, contacts and vessels to prenatal impact of alcohol have been identified.

Key words: ontogeny, brain, human fetus, maternal alcoholism.

Введение

В последние годы особое внимание исследователей уделено проблемам развития центральной нервной системы (ЦНС) человека в ранний онтогенетический период, когда формируются структурные и функциональные констелляции, присущие зрелому мозгу.

В эмбриогенезе возможны разнообразные отклонения в реализации программы развития организма, которые сказываются на формировании мозга, а после рождения приводят к появлению многочисленных уродств и психических заболеваний.

Возникновение таких заболеваний может быть обусловлено генетическими факторами, а также спровоцировано неблагоприятным воздействием внешних и внутренних факторов: загрязнением окружающей среды, повышением радиационного фона, психологическими перегрузками и стрессами, аддикцией родителей, в особенности злоупотреблением алкоголем [4, 5].

Среди последствий поражений ЦНС у детей, чьи родители больны алкоголизмом, наиболее серьезны недоразвитие отделов мозга (конечного, промежуточного, среднего мозга), гидроцефалия, гетеротопия, порэнцефалия, умственная отсталость, алкогольный синдром плода, различной степени выраженности алкогольные эффекты синдрома плода [1, 3].

Исследование развития нервной ткани в онтогенезе как метод широко применялось знаменитым гистологом и нейроморфологом С. Рамон -и-Кахалем. Он говорил, что выросший лес с его переплетенными деревьями и ветвями кажется непостижимым, но наблюдения за ростом молодых саженцев позволяют найти закономерности.

Благодаря изучению эмбрионального материала ему удалось выявить последовательность возникновения отростков (аксона и дендритов) из нейробласта, динамику продвижения конуса роста, усложнение дендритного древа и аксонных коллатералей клеток мозга [2].

Настоящее исследование посвящено детальному морфологическому и морфометрическому анализу клеток эмбрионального мозга, формированию его связей и васкулярной сети.

Материал и методы

Изучался головной мозг эмбрионов и плодов человека 7--12 недель развития, которые были получены в соответствии с требованиями этического комитета, с согласия пациенток, в процессе проведения операций по прерыванию беременности. Всего было получено 56 эмбрионов: 23 - от больных алкоголизмом женщин (основная группа) и 33 - от здоровых женщин (контрольная группа).

Возраст больных алкоголизмом составлял 26--39 лет, длительность заболевания - от 3 до 13 лет. Во всех случаях была диагностирована II стадия алкоголизма (F10.201, F10.202 по МКБ-10). Диагноз установлен в результате клинического обследования сотрудниками отделения аддиктивных состояний НИИПЗ СО РАМН.

Возраст женщин контрольной группы был аналогичен таковому у больных матерей. Головной мозг эмбрионов и плодов фиксировали в 0,5 % растворе глутаральдегида на фосфатном буфере с концентрацией 0,1 моль, рН 7,3--7,4. Кусочки мозга размером 1 мм³ дофиксировали в 1 %-м растворе OsO₄ на том же буфере в течение 1 часа, затем дегидратировали в спиртах возрастающей концентрации и заливали в эпоксидную смолу аралдит. Ультратонкие срезы изготавливали на ультратоме «Ultracut-E» (Австрия), контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца по Рейнольдсу и просматривали в электронных микроскопах «JEM-100B» и «JEM-100CX» (Япония). Снимки делали с одним и тем же увеличением (36 000 и 48 000). Это связано с такой особенностью эмбриональной ткани, как незначительное количество синапсов на ранних стадиях развития, и величиной синаптических соединений.

Электронно-микроскопически исследовали промежуточный слой стенки переднего мозга, представляющий собой скопление нейробластов, глиобластов и микроглиальных клеток, между которыми начинают прорастать кровеносные сосуды.

При морфометрическом анализе синапсов изучали фотоотпечатки с негативов формата 6Ч9 см, полученных с помощью электронного микроскопа. Отпечатки с негативов делали контактным способом 1:1, затем изображение сканировали в градациях серого с разрешением 300 dpj с сохранением в формате «TIFF» без компрессии.

Часть негативов оцифровывали с помощью сканера без промежуточных бумажных фотокопий.

На снимках при помощи программы «Scion Image for Windows», разработанной в National Institute of Health фирмой «Scion Corporation», исследованы площадь пресинаптической терминали, ее периметр, длина постсинаптического уплотнения.

Для анализа брали по 5 случаев из каждого возрастного периода в контрольной и основной группах эмбрионов. Из каждого случая использовали по 15--20 микрофотографий различных участков промежуточного слоя.

Результаты измерений представлены в относительных значениях, выражающих число пикселов (p) при оценке длины и число пикселов изображения в квадрате (p²) при оценке площади структурных компонентов синапсов. Анализировали следующие параметры синапсов: периметр пресинаптической терминали, площадь пресинаптической терминали, длина постсинаптического уплотнения.

Для компьютерной морфометрии сосудов использовали полутонкие (толщиной 0,5-1 мкм) срезы на уровне промежуточного слоя, окрашенные метиленовым синим. С помощью цифровой камеры, встроенной в световой микроскоп, получали снимки в формате «BMP».

На снимках при помощи программы «Scion Image» были исследованы средняя площадь сосудов: общая площадь сосудов, деленная на общее количество сосудов; относительная площадь сосудов: общая площадь сосудов, деленная на площадь ткани на снимке и умноженная на 100; количество сосудов на единицу площади; периметр сосудов в контрольной и основной группах.

Для статистической обработки данных применяли программу «Statistica 6.0», параметрические и непараметрические методы вариационной статистики t-критерий Стьюдента, ²-критерий), различия значимы при p<0,05.

Результаты и обсуждение

Морфологические изменения корковой пластинки эмбрионального мозга. По степени выраженности выявленные нарушения развития корковой пластинки головного мозга эмбрионов условно были разделены на три группы: легкие, умеренные и выраженные.

В число первых вошли нарушения, выражающиеся в появлении на протяжении корковой пластинки мелких пилообразных зубцов различной высоты (от 10 до 15 мкм).

Такого рода нарушения проявлялись симметрично, в обоих полушариях. На некоторых участках наряду с появлением неровностей появлялись углубления в виде каверн, глубина которых достигала 30-45 мкм.

В группу с умеренными нарушениями развития корковой пластинки вошли дефекты, отличающиеся от вышеописанных большей величиной зубцов (до 50 мкм) и их протяженности (до 250 мкм). В передних и средних отделах полушария встречались высокие зубцы корковой пластинки, достигающие высоты 150 мкм и шириной 250 мкм.

В группу с выраженными нарушениями развития корковой пластинки вошли те случаи, где корковая пластинка наиболее сильно отличалась по своему строению от нормы. В этих случаях часто изменяется толщина корковой пластинки от 15 до 50 мкм, вследствие чего она становится бугристой.

В латеральной стенке левого полушария в переднем и среднем его отделах обнаружены участки удвоения корковой пластинки. Эти изменения прослеживаются на нескольких серийных срезах. Между двумя слоями удвоенной корковой пластинки может иметься микрополость, в ней могут находиться клеточные элементы.

Результаты исследования структуры головного мозга эмбрионов показывают, что на 8--12-й неделе развития продолжается рост всех его слоев, но наиболее выражен он в области корковой пластинки.

Период усиленного роста, как правило, является критическим, и именно в этот период мозг более всего подвержен всевозможным влияниям. А поскольку развитие осуществляется под влиянием этанола, то происходит нарушение ориентировки клеток формирующейся коры, отклонение путей миграции нейробластов, результатом чего являются локальные удвоения коры, формирование зубцов и ниш.

Ультраструктурные изменения клеток мозга эмбрионов и плодов под влиянием алкоголя. При изучении мозга эмбрионов контрольной группы было установлено, что в период 7--12 недель развития мозговая ткань на ультраструктурном уровне является структурно сформированной, как в отношении клеточного состава, так и развития субклеточных структур.

Выявлены нейробласты и глиобласты, а также хорошо развитые мозговые сосуды и находящиеся в процессе развития межклеточные контакты. Имелись выраженные количественные и качественные особенности многих структур клеток (нейробластов и глиобластов), межклеточных контактов и капилляров головного мозга. Данные представлены обобщенно по нейробластам и глиобластам, так как соответствующие изменения встречались в обоих типах клеток.

Эндоплазматический ретикулум практически одинаково развит в основной и контрольной группах. В изучаемый период развития он представлен в основном короткими канальцами с редко расположенными на их мембранах рибосомами.

В целом на изученной стадии развития он еще слабо развит. Можно лишь подчеркнуть связь канальцев ЭПР с выростами наружной мембраны ядра, что является характерной особенностью клеток эмбрионального мозга. Рибосомы хорошо заметны в цитоплазме и представлены в основном элементами звездчатого типа. Они выявляются в цитоплазме нейробластов и глиобластов.

Митохондрии в основном и контрольном материале содержались в нервных клетках приблизительно в равным количестве, однако число органелл с признаками набухания было различным. Как в основной, так и в контрольной группах встречались органеллы измененной величины и формы, но без нарушения их внутренней структуры, выявлялись также частичное или тотальное набухание, изменение организации крист, изменение плотности матрикса, разрыв наружной или внутренней мембраны, фрагментация митохондрий.

Если в контрольном материале преобладали палочковидные органеллы, то в основной группе увеличивалось число гантелевидных форм (они принимали такую форму за счет набухания концов митохондрий), булавовидных митохондрий (в результате локального набухания).

В отдельных клетках основной группы эмбрионов присутствовали гигантские формы митохондрий, диаметром более 0,2 мкм. Изменения внутренней структуры митохондрий были более разнообразными, что выражалось в измененной организации крист в виде многоугольника, креста, кольца, появлялись вытянутые, продольно ориентированные кристы, встречающиеся более чем в половине исследованных случаев. Как правило, при частичном разрушении мембран плотность матрикса органелл значительно снижалась.

Фрагментация митохондрий наблюдалась редко. Учитывая все варианты изменений, можно отметить, что они в материале основной группы встречались достоверно чаще по сравнению с контролем (р<0,01).

Комплекс Гольджи, в отличие от других клеточных органелл во многих нейробластах и глиобластах был более развитым, по сравнению с нормой. Выражалось это в увеличении размеров его элементов - увеличивалось количество пузырьков, удлинялись цистерны. Форма комплекса в основном вытянутая либо изогнутая в виде дуги. Вблизи клеточного ядра иногда можно было видеть 2-3 рядом лежащие диктиосомы.

По краям органелл были заметны округлые структуры с темным содержимым диаметром 0,3--0,5 мкм, окруженные мембраной. Электронно-цитохимическая реакция на кислую фосфатазу позволила идентифицировать их как лизосомы. Они определялись уже на стадии 7--8 недель развития.

В большинстве случаев основной группы (69,5 %) в нейробластах и глиобластах были видны мембранные тельца, которые также давали реакцию на кислую фосфатазу. Речь идет о скрученных в спираль и плотно упакованных элементарных мембранах, которые на электроннограммах представляли собой чередование более светлых и темных полос, ширина которых составляла 5 и 3 нм.

Форма включений округлая или овальная, количество образующих их мембран - от 1--2 до большего их числа. Большему числу мембран соответствовала и увеличенная электронная плотность мембранных структур. Количество мембран и разная степень спирализации определяли большую или меньшую сложность мембранных структур. Внутри них нередко располагалось электронноплотное гомогенное вещество. В контрольной группе мембранные тельца встречались в 10 %.

В нейробластах и глиобластах встречались и мультивезикулярные тельца. Они представляли собой окруженные мембраной скопления пузырьков различной величины (от 50 до 90 нм в диаметре). Форма телец была округлой либо вытянутой.

Количество пузырьков варьировало от 5--7 до нескольких десятков в плоскости среза. Располагались мультивезикулярные тельца, как правило, на периферии цитоплазмы, часто встречались и в отростках клеток.

Пузырьки этих образований светлые, окруженные мембраной, расположенные либо плотно друг к другу, либо на некотором расстоянии, в зависимости от их количества в образованиях. В основной группе они имелись в 43,5 % случаев, в контрольной - в 6,6 %.

Более типичными для мозга эмбрионов, полученных от больных алкоголизмом матерей, было наличие в них гранул липофусцина. Он в развивающихся нейробластах и глиобластах был представлен достаточно большими, до 1--3 мкм, гранулами высокой электронной плотности, окруженными мембраной.

Гранулы обычно располагались в цитоплазме вблизи ядра, часто заполняя собой большую часть цитоплазмы. В скоплениях гранул можно видеть отдельные более светлые или более темные включения.

Характерным для них является наличие темных участков, располагающихся на периферии гранул в виде точек. В плоскости ультратонкого среза количество гранул липофусцина варьировало от 2--5 до нескольких десятков, причем величина и форма их были разнообразны. Встречались округлые, зубчатые структуры либо образования в виде кленового листа или бутона. Появление липофусцина отмечено в 13,3 % случаев в основной группе, но он не встречался в контрольной выборке.

Некоторые особенности в основной группе эмбрионов имела плазматическая мембрана, на протяжении которой определялось нарушение ее непрерывности, но без выхода содержимого цитоплазмы за пределы клетки. Аналогичные изменения отмечены и со стороны внутриклеточных мембран (эндоплазматический ретикулум, митохондрии, ядерная мембрана).

Межклеточные контакты. Проведенное исследование подтвердило данные литературы о том, что развитие межклеточных контактов в мозге человека начинается с несинаптических форм соединений. Доказательством тому служат многочисленные соединения между клетками, которые относятся к десмосомовидным, наиболее распространенным в мозге 7-не-дельных эмбрионов. Различаются контакты характером расположения парамембранного электронно-плотного материала на контактирующих мембранах. Контакты этого типа обнаружены нами между телами клеток (сома-соматические), между телом клетки и отростками (соматодендритические), а также между отростками клеток (дендро-дендритические, аксо-дендритические).

В более поздние сроки развития, с 8-й недели, указанных типов соединений становится меньше, но одновременно появляются контакты, в одной из контактирующих зон которых появляются везикулярные элементы. Синаптические пузырьки, как правило, имели округлую форму, светлый центр, и диаметр их составлял около 40 нм. Ширина щели незрелых везикулярных синапсов имела размер около 20 нм.

В пресинаптических отделах выявлялись плотные проекции, являющиеся специализированными образованиями синаптического цитоскелета, протяженность которых достигала 0,1--0,15 мкм. Появление одиночных синаптических пузырьков вблизи пресинаптической мембраны считается переходным этапом от синаптоидных контактов (авезикулярных) к истинно синаптической их форме. В целом такие синапсы можно назвать функционально компетентными. Они располагаются преимущественно в области нижней границы промежуточного слоя коры головного мозга. На стадии развития 10--12 недель количество синапсов с относительно зрелой структурой увеличивается. С большей вероятностью они обнаружены как на границе вентрикулярного и промежуточного слоев, так и в маргинальном слое нервных клеток. нервный ткань онтогенез алкоголизм эмбрион

На этой стадии синаптические контакты имеют все необходимые компоненты, отличаясь от синапсов зрелого мозга меньшим числом синаптических пузырьков. Описанные особенности свойственны как контрольной, так и основной группе эмбрионов.

Рис. 1. Статистический анализ суммарных морфометрических показателей периметра, площади пресинаптических терминалей, длины постсинаптических уплотнений контрольной и основной групп

На материале, полученном от женщин, больных алкоголизмом, установлено замедление формирования синаптических структур. Если формы несинаптических соединений по частоте и структуре не отличались от контрольных, и десмосомовидные контакты различной структуры и немногочисленные щелевидные соединения в этом мозге достаточно распространены, то везикулярных синапсов было меньше. Даже при полностью сформированной структуре синаптического соединения появление синаптических пузырьков в них запаздывает по сравнению с контролем; как правило, меньшей была и площадь активной зоны синапса.

Анализ морфометрических показателей синапсов был начат с общей оценки контрольной и опытной групп. Сравнивая суммарные показатели периметра пресинаптических терминалей, площади пресинаптических терминалей и длины постсинаптических уплотнений, обнаружены значительные различия изученных параметров. Различия состояли в достоверном (р<0,01) снижении всех параметров развивающихся синаптических соединений в опытной группе по сравнению с группой контроля (рис. 1).

Рис. 2. Статистический анализ морфометрических показателей периметра пресинаптических терминалей в контрольной и основной группах по неделям развития

Рис. 3. Статистический анализ морфометрических показателей площади пресинаптических терминалей в контрольной и основной группах в динамике развития

Затем произведен более детальный анализ параметров синапсов с учетом срока развития эмбрионов и плодов (рис. 2, 3, 4). Результаты исследования показали, что на 7--8-й неделе развития длина постсинаптического уплотнения была наименьшей в изучаемых группах, различия статистически недостоверны (p>0,1).

Рис. 4. Статистический анализ морфометрических показателей длины постсинаптических уплотнений в контрольной и основной группах в динамике развития

Недоступной для анализа в указанной группе оказались периметр пресинаптической терминали и ее площадь, так как к этому сроку развития пресинаптический отдел синаптических соединений локализуется на крупных дендритах.

Таким образом, на стадии 7--8 недель развития нами выявлено незначительное уменьшение длины постсинаптических уплотнений в опытной группе, но эти различия не достигают уровня значимости.

Вторая группа, 9 недель развития, характеризовалась рядом особенностей, по сравнению с первой. Синаптические соединения в этом периоде более структурированы и встречались чаще, особенно на верхней границе промежуточного слоя. Длина постсинаптических уплотнений, периметр и длина пресинаптических терминалей в контрольной и основной группах различались статистически достоверно (p<0,01). Различия значений площади, измеренные для пресинаптической терминали, в контрольной и основной группах достоверны (p<0,01).

Количественные параметры синаптических соединений на 9-й неделе развития в основной и контрольной группах отличаются достоверно, причем в опытной группе показатели немного ниже, что повторяет тенденцию, выявленную при анализе предыдущей группы. По нашим данным, алкоголь в этот период развития оказывает модифицирующее влияние на становление межклеточных взаимосвязей.

При изучении следующей группы, 10 недель развития, также наблюдались отклонения в сторону уменьшения значений морфометрических параметров в основной группе по сравнению с контрольной. Отмечено уменьшение длины постсинаптических уплотнений и площади пресинаптических терминалей (p<0,01). Количественные параметры периметра пресинаптических терминалей не отличались от контрольных значений.

В группе 11--12 недель развития выявлены достоверные отличия морфометрических параметров длины постсинаптических уплотнений синаптических контактов (p<0,01), уменьшение площади пресинаптической терминали в основной группе исследования (p<0,01), а также периметра пресинаптических терминалей (p<0,01).

Кроме количественных показателей, было обращено внимание на то, что большинство проанализированных синапсов в сроки развития 11--12 недель были представлены аксодендритическими положительно изогнутыми синапсами с небольшим количеством синаптических пузырьков и одиночными митохондриями в пресинаптических отделах синапсов.

В результате компьютерно-морфометри-ческого анализа мы выявили задержку развития синапсов и их структурную незрелость, которая, вероятно, связана с прямым действием алкоголя на нервные клетки, в первую очередь за счет его мембранотропного действия. Следствием этого являлось «разжижение» структуры элементарных мембран, а поврежденные мембраны в меньшей степени способны устанавливать прочные контакты друг с другом, что, вероятно, связано также и со сниженной способностью клеток, находящихся в постоянном контакте с этанолом, синтезировать медиаторы, наполняющие синаптические пузырьки. Это существенно нарушало нейрональные механизмы, лежащие в основе восприимчивости и обработки информации, что, в свою очередь, может неблагоприятно сказываться на психической деятельности индивида [6].

Сосуды эмбрионального мозга. К 7-й неделе развития стенка капилляров состоит из клеток эндотелия, в это же время появляется материал базальной мембраны. Сами клетки имеют большое ядро и обильную цитоплазму, которая довольно хорошо дифференцирована, имея митохондрии, комплекс Гольджи, ЭПР и мелкие пузырьки. В более поздние сроки развития изменения эмбриональных сосудов идут в направлении формирования более плотной базальной мембраны и истончения эндотелиальных клеток.

Прослеживая развитие капилляров в норме и у эмбрионов, подвергшихся воздействию алкоголя, мы заметили, что формирование структуры капилляров по сравнению с нормой не изменено. В том и другом случаях поверхность эмбриональных эндотелиоцитов остается достаточно гладкой, без значительных выбуханий этих клеток в просвет сосудов, просвет которых остается свободным. Не выявлено также различий во времени появления и структуре базальной мембраны капилляров. Все эти факты указывают на хорошую сохранность клеточных и неклеточных элементов сосудов, что создает основу для выполнения ими своих функций. Количественное компьютерно-морфометри-ческое исследование сосудов позволило установить ряд особенностей, которые отличают ткань развивающегося мозга в условиях алкоголизации (табл. 1).

Таблица 1

Показатели площади и периметра сосудов мозга в исследуемых группах в динамике с 10-й по 12-ю недели внутриутробного развития

Примечание. * - Достоверные отличия по сравнению с контролем (p<0,05); ** - достоверные отличия параметров по сравнению с таковыми на 11-й и 12-й неделях в контроле (р<0,01).

На основании компьютерно-морфометри-ческого анализа развития капилляров эмбрионального мозга в условиях пренатальной алкоголизации нами установлено, что влиянию пренатальной алкоголизации наиболее подвержены сосуды головного мозга эмбрионов 11 недель развития. Это выражалось в снижении средней площади сосуда, увеличении их количества на единицу площади и уменьшении периметра сосудов мозга.

Как известно, один из механизмов действия алкоголя - способность вызывать спазм сосудов пуповины и, как следствие, гипоксию плода, приводящую к замедлению роста и развития, наблюдаемому при алкогольном синдроме плода.

Поскольку ткань мозга в условиях пренатальной алкоголизации также подвержена гипоксии, то для компенсации этого состояния в мозге происходит увеличение количества сосудов на единицу площади ткани, однако при уменьшении их периметра и средней площади.

При ультраструктурном изучении мозговой ткани эмбрионов, развивающихся в организме больных алкоголизмом матерей, установлено, что на фоне общего соответствующего исследованному сроку развития мозговых структур (наличие нейробластов и глиобластов с достаточно сформированной внутренней структурой, межклеточных контактов) выявляется ряд нарушений со стороны субклеточных структур. Наиболее важными из них являются задержка развития межклеточных контактов везикулярного типа, большая частота различных типов изменений ядра и митохондрий, усиленное развитие комплекса Гольджи, появление лизосом и липофусциновых гранул.

При сопоставлении результатов контрольного и основного материала мы обращали внимание на то, чтобы дифференцировать изменения, возникающие как результат развития, от тех, которые являются следствием воздействия алкоголя на мозг эмбриона.

Одним из первых феноменов, заставивших обратить на себя внимание, были встречающиеся в материале из основной группы участки мембран с нарушенной структурой. Эти участки могли располагаться как на поверхности плазматической мембраны, так и на мембранах органелл клеток эмбрионального мозга.

Изменения плазматической мембраны и внутренних мембранных систем при алкоголизме матери мы связываем с возможностью прямого и непрямого действия алкоголя на изучаемые мембраны - в организме матери мембраны клеток испытывают дестабилизирующее действие на липидный слой, причем следствием этого является увеличение «текучести» мембран и появление возможности для увеличения ее проницаемости [6, 8].

Указанные повреждения мембран обнаружены и при исследовании митохондрий. Кроме этих изменений необходимо остановиться на отличительных особенностях митохондрий клеток из основной группы эмбрионов, таких как наличие многочисленных органелл с элементами набухания. Объяснение их появления вытекает из мембранотропного влияния этанола, причем митохондрии являются весьма чувствительными к этому воздействию, также как и к недостатку кислорода. Накопление поврежденных таким образом митохондрий приводит к снижению энергообеспеченности роста и дифференцировки клеток, что отражается на синтетических процессах. В условиях гипоксии нарушаются процессы выработки энергии в митохондриях за счет их частичного разрушения.

Установлено появление увеличенного количества мембранных телец в нейробластах и глиобластах эмбрионов основной группы. Описан также случай, когда мембранные тельца встречались практически во всех клетках промежуточного слоя мозга.

Анализируя материал, мы пришли к выводу, что многообразие организации этих структур отражает последовательный процесс созревания мембранных телец. Основанием этому служат следующие факты: увеличение степени спирализации структур в динамике созревания; увеличение электронной плотности при уплотнении расположения мембран, а также тот факт, что в одной и той же клетке вполне возможно одновременное обнаружение мембранных структур с разной степенью спирализации - от 2--3 до 10--20 спиральных включений. На уплотненных мембранах зрелых мембранных телец располагается фермент кислая фосфатаза, что служит косвенным признаком происхождения этих структур либо из комплекса Гольджи, либо их предшественниками являются лизосомы, в которых мы также выявили кислую фосфатазу. Усиленное образование мембранных телец мы связываем не с деструктивным действием повреждающих факторов, а с повышением активности клеточного метаболизма, выражающейся в ускоренном развитии внутренних мембранных систем клетки.

В нашем случае степень деструктивных изменений клеточных органелл невелика, а если судить по активности мембранных компонентов ядра и комплекса Гольджи, то заметна и пролиферативная составляющая процесса воздействия этанола. В этом случае необходимо признать, что взаимодействие этанола и мембран не столь однозначно и не исчерпывается только физико-химическими изменениями.

Обнаруженный нами факт полной сохранности мембран клеток, имеющих отношение к системе сосудов, таких как эндотелиоциты, еще более усложняет объяснение взаимодействия этанола и мембран, а также систем мембран. Именно поверхность эндотелия сосудов мозга первой встречается с находящимся в крови этанолом, легко проникающим через гематоэнцефалический барьер. Логично предположить хорошо выраженный эффект воздействия алкоголя на мембраны эндотелия, через который он проникает в клетки мозга. Однако эти предположения не оправдываются - структура плазматической мембраны, а также внутриклеточных мембранных систем имеют хорошую сохранность, причем даже легкоранимые мембраны митохондрий не имеют явных участков повреждения. Вероятнее всего, при наличии достаточного количества кислорода, доставляемого кровью, степень выраженности воздействия этанола на мембраны снижается, что может быть связано с возможностью клетки быстро запускать регенеративные процессы и ликвидировать поврежденные участки. Наличие хорошо выраженных органелл, свидетельствующих об усиленной работе синтетических механизмов, поддерживает это предположение.

Момент появления, степень развитости и структура базальной мембраны сосудов по большинству параметров не имеют отличий в контрольном материале и материале основной группы эмбрионов. Это позволяет сделать вывод об устойчивости мембранных систем клеток сосудов к мембранолитическому действию этанола на ранних стадиях развития. Этого действия также не заметно при анализе ширины просвета сосудов, которая независимо от материала была вполне достаточной для прохождения эритроцитов и других форменных элементов крови по сосудам. Не наблюдалось и стимулирующего действия этанола на развитие отдельных компонентов и систем сосудов эмбрионального мозга, доступных для исследования, что подчеркивает отсутствие активной реакции мембранных систем на воздействие этанола.

Морфометрические исследования привели к заключению о модифицирующем действии алкоголя на характер васкуляризации мозга. Нами установлено, что влиянию пренатальной алкоголизации наиболее подвержены сосуды головного мозга эмбрионов 11 недель развития. Это выражалось в снижении средней площади сосудов, увеличении их количества на единицу площади и уменьшении периметра сосудов мозга. Один из механизмов действия алкоголя - способность вызывать спазм сосудов пуповины и, как следствие, гипоксию плода, приводящую к замедлению роста и развития, наблюдаемому при алкогольном синдроме плода. Поскольку ткань мозга в условиях пренатальной алкоголизации также подвержена гипоксии, то для компенсации этого состояния в мозге происходит увеличение количества сосудов на единицу площади ткани, однако при уменьшении их периметра и средней площади. Интересным является факт обнаружения достоверного снижения средней площади сосудов в ткани мозга контрольной группы на 10-й неделе развития, причем такая же тенденция имеет место и в основной группе, но различия показателей средней площади сосудов не достигают уровня значимости. По времени это совпадает с началом дифференцировки сосудов стенки мозга на артериолы и венулы.

Исследователи посмертных изменений сосудов головного мозга в результате острого отравления алкоголем указывают на уменьшение диаметра капилляров, что объясняют выявленным падением тонуса церебральных артерий и снижением давления крови, поступающей в микроциркуляторное русло [7]. В то же время число этих сосудов на стандартной площади растет. Последнее, видимо, связано с раскрытием резервных капилляров и должно рассматриваться как компенсаторная реакция церебральной сосудистой системы на отравление этиловым спиртом.

Влияние этанола на мембранные структуры клеток, находящихся в разных регионах стенки мозга, различно и обладает избирательностью: в то время как в нейробластах и глиобластах оно достаточно выражено, в эндотелиоцитах это влияние отсутствует. Сходным образом можно оценить и реакцию нейропиля, в частности дендритов и аксонов, на воздействие тех доз алкоголя, которые достигают уровня клеток стенки мозга. Степень повреждения этих образований минимальна и отмечена только на уровне микротрубочек и нейрофиламентов. Это свидетельствует о том, что влияние этанола на отростки клеток выражается, скорее всего, на процессах транспортировки веществ к окончаниям отростков. Это предположение подтверждается тем, что выяснено при изучении структуры синаптических образований, причем тех, которые относятся к везикулярному типу. При сравнении степени функциональной зрелости синаптических контактов в норме и при алкоголизме матери выявляется задержка их развития в тех клетках, которые были подвержены воздействию этанола. По-видимому, оно сказывается именно на времени появления синаптических пузырьков из-за нарушения процессов транспорта активных веществ, содержащихся в пузырьках. Анализируя развитие синаптических контактов, необходимо обращать внимание и на состояние пре- и постсинаптических мембран. Как показали морфометрические исследования, влияние алкоголизации сказывается на развитии важных, с точки зрения структурной организации синапса, его частей - уменьшаются периметр и площадь пресинаптической терминали. Это еще раз подчеркивает сниженную способность данных синапсов участвовать в передаче импульсов, адресованных соседним клеткам. Вполне логичным является в этой ситуации уменьшение протяженности постсинаптических уплотнений.

Поскольку несинаптические формы контактов развивались практически одновременно в контрольном материале и в основной группе, можно заключить, что этанол не оказывает воздействия на эти структуры или они не могут быть выявлены используемыми методами.

Таким образом, анализ механизмов воздействия этанола на клетки и субклеточные структуры позволяет сделать предположение, что наиболее значимые процессы происходят на границах раздела, т. е. на мембранах. На пути к нервным клеткам этанолу необходимо преодолеть, как минимум, три границы. Первая - это мембраны клеток эндотелия сосудов; вторая - мембраны глиальных клеток и их сосудистых ножек; наконец, третья - мембраны нейронов. Попав в клетку и став составной частью вещества цитоплазмы, этанол взаимодействует с мембранами органелл и включается в метаболизм самой клетки. Основные метаболические процессы, направленные на поддержание гомеостаза клетки, происходят в комплексе Гольджи. Он своеобразно реагирует на воздействие этанола - его размеры увеличиваются, повышается также и число составляющих его элементов; эти изменения отражают ускоренное развитие этой органеллы в условиях алкоголизации.

Отражается присутствие алкоголя в клетках и на процессе синаптогенеза. Появление измененных синапсов и задержку их развития мы связываем с активным воздействием алкоголя на нервные клетки, в первую очередь за счет его мембранотропного действия. Поврежденные мембраны в меньшей степени способны устанавливать прочные контакты друг с другом, что связано и со сниженной способностью клеток, находящихся в постоянном контакте с этанолом, синтезировать медиаторы. Это существенно нарушает формирование нейрональных механизмов, лежащих в основе восприимчивости и обработки информации.

Литература

1. Володин Н. Н. Перинатальная неврология - проблемы и пути решения // Журн. неврологии и психиатрии. - 2009. - Вып. 10. - C. 4--8.

2. Кахаль С. Р. Автобиография (воспоминания о моей жизни) / под ред, А. В. Смольянникова, Д. С. Саркисова / пер. с англ. - М. : Медицина, 1985. - 272 с.

3. Ковецкий Н. С., Солонский А. В., Моисеева Т. Л. Нарушения развития головного мозга плодов, полученных от матерей, употреблявших алкоголь в период беременности // Журн. неврологии и психиатр. - 1995. - Вып. 3. - С. 58--63.

4. Отеллин В. А. Пренатальное развитие головного мозга на фоне воздействий неблагоприятных факторов среды // Физиолог. общество им. И. П. Павлова. - М. : Изд. дом «Русский врач», 2007. - С. 70--71.

5. Семке В. Я. Психическое здоровье и экология // Сибирский вестник психиатрии и наркологии. - 2005. - № 4. -С. 7--11.

6. Солонский А. В., Прокопьева В. Д., Бохан Н. А. Структурно-функциональные особенности мембран клеток крови и мозга при алкогольной интоксикации // Сибирский вестник психиатрии и наркологии. - 2006. - № 3. - C. 36--39.

7. Шорманов С. В., Шорманов Н. С. Морфометрическая характеристика структур головного мозга человека в норме и условиях острой интоксикации этанолом // Морфология. - 2004. - Т. 126, № 3. - С. 56--60.

8. 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. - Vol. 38 (4). - P. 373--376.

Размещено на Allbest.ru