Автореферат и диссертация по медицине (14.00.23) на тему:Структурные основы интегративной деятельности мозжечка в постишемическом периоде

.ИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ И МЕДИЦИНСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ТЮМЕНСКИЙ МЕДИЦИНСКИЙ ИНСТИТУТ с ^

На правах рукописи

СЕРГЕЕВА ЕЛЕНА ДМИТРИЕВНА

ТРУКТУРНЫЕ ОСНОВЫ ИНТЕГРАТИВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ МОЗЖЕЧКА В ПОСТИШЕМИЧЕСКОМ ПЕРИОДЕ

14.00.23 - гистология, цитология, эмбриология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук

Работа выполнена на кафедре гистологии и эмбриологии Омской медицинской академии

Научный руководитель -

доктор медицинских наук, профессор В.В.СЕМЧЕН

Официальные оппоненты:

доктор медицинских наук, профессор А.И. РЫЖОВ доктор биологических наук, профессор Т.М. ЛЮТИКС

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт

мозга РАМН (Москва)

Защита состоится «_»_ 1995 г в_часов

на заседании специализированного совета К 084.48.01 при Тюменском медицинском институте по адресу: г. Тюмень, ул. Одесская, 52.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотек Тюменского медицинского института.

Автореферат разослан « /? » демрож* 1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат медицинских наук, доцент

В.П.КУДРЯШС

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Одной из ведущих проблем современной нейроморфологии является выяснение закономерностей структурно-функциональной организации мозга, его интегративной деятельности и реализации пластических возможностей при экстремальных воздействиях. Мозжечок служит удобной моделью для изучения механизмов пластичности нервной ткани, так как его цитоархитектоника и функциональное значение отдельных нейронных популяций в норме достаточно хорошо изучены (Жукова Г.П.,1977; Оленев С.Н, 1987; Ito M., 1987; Harvey R.T., Napper P.M., 1988; Andersen B.B. et al., 1992).

В течение последних десятилетий сформировалась концепция о ведущих механизмах постреанимационной патологии мозга (Неговский В.А., 1986; Гурвич A.M., 1986, 1991, 1992; Пермяков Н.К. с соавт. 1986; Семченко В.В., 1984). Многочисленные экспериментальные исследования и клинические наблюдения свидетельствуют, что нарушение интегративно-пусковой деятельности мозжечка, одного из главных звеньев двигательного анализатора мозга, играет важную роль в развитии постреанимационных энцефалопатий, что и определяет актуальность исследования морфо-функционального состояния этого отдела мозга в динамике постишемического периода (Кривицкая Г.Н., 1980; Миротворская Г.Н., 1980; Puisinelli W. А., 1985).

Фундаментальное изучение реактивных свойств структурных элементов мозжечка, реализующихся при гипоксическом воздействии, имеет важное значение и для разработки эффективных методов профилактики и лечения энцефалопатий у больных с системными и локальными нарушениями мозгового кровотока, так как управление механизмами компенсаторных реакций невоЗхМожно без знания закономерностей их развития в лостшпоксическом периоде.

Имеющиеся в литературе работы, выполненные на разнообразных моделях клинической смерти, носят фрагментарный характер и ограничиваются в большинстве своем описанием, деструктивных и частично компенсаторно-восстановительных

изменений отдельных нейронных популяций, преимущественно ганглиозного (Аврущенко М.Ш., 1984, 1988), молекулярного слоев коры и зубчатого ядра мозжечка (Нохрина Т.Я., 1993).

Анализ структурного обеспечения интегративной деятельности мозжечка в постишемическом периоде и функциональная интерпретация последствий ишемического воздействия возможна, на наш взгляд, только на основе комплексного изучения морфо-функционального состояния всех нейронных популяций и межнейронной интеграции, которую, как известно, определяют синапсы (Бабминдра В.П. с соавт., 1988), проявляющие высокую степень чувствительности к гипоксии (Боголепов H.H., 1983, 1988; Семченко В.В., Степанов С.С, 1988, 1989, 1994). Подобных исследований мозжечка животных, перенесших тотальную ишемию с последующей реперфузией, ранее не проводилось.

Цель работы. Выявить закономерности реорганизации основных структурных элементов нейронных сетей, обеспечивающих интегративную деятельность мозжечка, в динамике постишемического периода.

Задачи исследования.

1. Провести морфометрический анализ нейронных популяций коры, зубчатого ядра и синаптического пула молекулярного слоя коры мозжечка интактных крыс.

2. Выявить структурные и количественные изменения клеточных популяций мозжечка после перенесенной тотальной ишемии.

3. Изучить ультраструктурные изменения межнейронных контактов и реорганизацию синаптического пула коры мозжечка в постишемическом периоде.

4. Выяснить структурные основы компенсаторно-восстановительных процессов межнейронной интеграции в мозжечке в динамике постишемического периода.

Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ морфо-функционального состояния нейронных популяций всех слоев коры и зубчатого ядра мозжечка в динамике постишемического периода. Использование адекватных приемов морфометрического анализа позволило сравнить количественные соотношения нейронов мозжечка интактных крыс и в различные сроки после оживления, выявить разную степень выраженности реактивных изменений и гибели различных нейронных

популяций, определяющих формирование структурной основы преобладания афферентной импульсации на грушевидные нейроны коры мозжечка и снижения афферентной нагрузки на нейроны зубчатого ядра в постишемическом периоде.

С помощью метода контрастирования мозга фосфорно-вольфрамовой кислотой и количественного анализа синаптического пула впервые изучена реорганизация межнейронной интеграции в молекулярном слое коры мозжечка и выявлены закономерности деструктивных и компенсаторно-восстановительных изменений межнейронных контактов в восстановительном периоде после перенесенной тотальной ишемии.

Показано, что в перые сутки постишемического периода редуцируется больше половины синаптических контактов молекулярного слоя, что определяет нарушение интегративной деятельности мозжечкав это время. Выявлен диффузно-очаговый характер реактивных изменений нейропиля, проявляющийся неоднородностью структурных изменений синапсов различных участков молекулярного слоя. Через 1, 3 и 7 сут выявляются очаги преобладания деструктивных процессов, в то время как в окружающем их нейропиле более выражены репаративные изменения.

Результаты исследования свидетельствуют о том, что в интактном мозжечке на уровне межнейронных контактов имеется значительный резерв пластичности, реализация которого осуществляется в ранние сроки после ишемического воздействия. Деструкция и гибель части синаптического пула вызывает гипертрофию сохранившихся контактов и активирует синап-тогенез, что приводит к формированию качественно нового уровня межнейронной интеграции в коре мозжечка через 30 сут постишемического периода.

Проведенный анализ различных форм структурной организации системы субсиналтических единиц в восстановительном периоде после тотальной ишемии показывает, что структурной основой реактивных изменений синапсов является реорганизация филаментозных образований синаптического цитоскелета, а характер и степень искривления плоскости контактов определяют морфо-функциональное состояние синапсов в постишемическом периоде.

Теоретическое и практическое значение работы. Выявленные закономерности реорганизации структурных элементов, обеспе-

чивающих интегративную деятельность мозжечка, существенно дополняют представления о пластических возможностях нервной ткани при недостатке кислородного и субстратного снабжения мозга. Подтверждается и углубляется положение о ведущей роли повреждения синаптической популяции в нарушении межнейронной интеграции в ранние сроки после оживления.

Данные о роли структурной реорганизации синаптического пула в восстановлении межнейронной интеграции в мозжечке после перенесенной тотальной ишемии могут быть использованы в учебном процессе на кафедрах гистологии и эмбриологии, нервных болезней, анестезиологии и реаниматологии медицинских академий, институтов, факультетов и институтов усовершенствования врачей при изучении механизмов пластичности нервной ткани, а также при написании учебных пособий и монографий.

Результаты проведенного исследования открывают определенные исследовательские перспективы и могут служить теоретической базой для целенаправленного поиска средств активации репаративных процессов в ЦНС при лечении и реабилитации больных, перенесших терминальные состояния. Цифровой материал может быть использован для информационной характеристики нейронных сетей и создания математических моделей нейронных комплексов головного мозга.

Апробация работы. Результаты исследования доложены и обсуждены на Всесоюзной молодежной конференции НИИ мозга АМН СССР «Многоуровневая организация церебральных функций» (Москва, 1991); научно-практической конференции «Компенсаторно-приспособительные механизмы внутренних органов и головного мозга в норме, патологии и эксперименте» (Тюмень, 1991); конференции «Профилактика и экспериментальная терапия экстремальных и терминальных состояний» (Омск, 1992); международном симпозиуме «Актуальные проблемы и перспективы развития современной реаниматологии» (Москва, 1994); объединенном пленуме проблемных комиссий «Эктремальные и терминальные состояния» и «Научные основы реаниматологии» (Кемерово, 1994); нейрогистологической конференции «Колосовские чтения-94» (Санкт-Петербург, 1994); • 3-м съезде анатомов, гистологов и эмбриологов России (Тюмень, 1994); конгрессе Ассоциации морфологов (АГЭ) СНГ (Тюмень, 1994); заседании Омского отделения ВрНОАГЭ (Омск, 1995).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Реактивные изменения межнейронных контактов молекулярного слоя коры мозжечка, нервных клеток коры и зубчатого ядра приводят к существенной структурной реорганизации нейронных сетей, обеспечивающих интегративную деятельность мозжечка, в постишемическом периоде.

2. Переход неактивных форм синапсов в активное состояние, гипертрофия сохранившихся межнейронных контактов, усложнение их пространственной организации, ускоренное созревание синапсов и новообразование межнейронных контактов являются основными структурными механизмами восстановления межнейронной интеграции в мозжечке и реабилитации его интегративной деятельности после перенесенной тотальной ишемии.

3. Структурная реорганизация синапткческого цитоскелета и его специализированных филаментозных образований (плотные проекции и постсинаптическое уплотнение) лежит в основе деструктивных и компенсаторно-восстановительных изменений синапсов молекулярного слоя коры мозжечка в постишемическом периоде.

Структура и объем диссертация. Диссертация изложена на 210 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, трех глав результатов собственных исследований, обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Содержит 12 таблиц и 51 рисунок (микрофотографии и графические комплексы). Список литературы включает 266 источников, из которых 136 опубликовано в отечественных и 130 - в зарубежных изданиях.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Характеристика экспериментального материала. Исследование выполнено на 125 половозрелых белых крысах-самцах массой 180.0-210.0 г под эфирным наркозом. 10-минутную тотальную ишемию (клиническая смерть) моделировали путем пережатия нервно-сосудистого пучка сердца (Корпачёв В.Г. с соавт., 1982). Комплекс реанимационных мероприятий включал непрямой массаж сердца и искусственную вентиляцию легких воздухом.

Показатель эффективности реанимации составил 64%. В постишемическом периоде оценивали общее состояние животных по 100-бальной системе (Лысенков С.П. с соавт., 1982).

Материал для морфологического исследования забирали в конце ишемии, через 90 мин, 1, 3, 7 и 30 сут постйшемического периода. Контролем служил мозг наркотизированных и интубированных животных с загрудинным введением крючка без пережатия нервно-сосудистого пучка сердца.

Микроскопическое исследование. В соответствии с задачами исследования для обзорной микроскопии использовали парафиновые срезы (5-7 мкм), приготовленные по общепринятой методике и окрашенные крезил-виолетом.

Электронномикроскопическое исследование. Мозг фиксировали в смеси 4% параформальдегида, 1% глюгарового альдегида, 5% сахарозы на фосфатном буфере (pH 7.4) путем транскардиальной перфузии в течение 15 мин с предварительным промыванием сосудов физраствором. После извлечения мозжечок рассекали на пластины толщиной 1.5-2.0 мм и погружали в аналогичный фиксирующий раствор на 2 ч. Ориентированные в виде пирамид кусочки латеральной коры мозжечка (Crus I) делили на две группы, одну из которых дофиксировали в 2% растворе четырех-окиси осмия на фосфатном буфере (pH 7.4) с сахарозой в течение 1 ч в условиях холодильной камеры. Другую часть материала контрастировали в 5% растворе фосфорно-вольфрамовой кислоты (ФВК) на абсолютном этаноле при 56° С в течение 1 ч (Bloom F.E., 1968; Семченко В.В., 1984). Далее все образцы заливали в эпон-аралдитную смесь плоско-параллельным способом.

Ультратонкие срезы молекулярного слоя коры мозжечка готовили на ультратоме УМТП-4 и помещали на сетки без подложки. Осмированный материал перед просмотром в электронном микроскопе дополнительно контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца.

Морфометрический анализ. Для исследования клеточных элементов мозжечка использовали полутонкие срезы толщиной 700 -ЮООнм, окрашенные 0.1% растворомтолуидинового синего. Подсчет клеток производили с помощью микрометра на площади 122656 мкм2 каждого среза при увеличении 15x40. При пересчете количества структур в 1 мм3 ткани использовали критерий Abercrombie (Mayher Т.М., 1979).

На осмированном материале плохо выявляются парамембраниые филаментозиые образования, поэтому для количественного исследования синапгического пула использовали материал, контрастированный ФВК, которая, как известно, взаимодействуя с белками микрофиламентов системы субсинаптических единиц, значительно повышает электронную плотность последней. Фотографирование ультратонких срезов производили на ЭМВ-100 АК при стандартном увеличении 15000. При конечном увеличении 30000, полученном с помощью фотоувеличителя, определяли количество межнейронных контактов на 100 мкм2 нейропиля и высчитывали численную плотность структур в 1 мм3 нейропиля (Mayher Т.М., 1979; Vrensen G. et al., 1980).

Анализировали только определенные синаптические контакты, в которых четко был виден электронноплотный материал пресинаптической зоны, синаптической щели и постсинаптической части. Отдельно подсчитывали количество определенных контактов с асимметричной, симметричной и смешанной организацией системы субсинаптических единиц (ССЕ). Асимметрхгчные контакты по степени выраженности плотных проекций (ПП) дифференцировали на типы А, В и С (Семченко В.В..Степанов С.С., 1987). Длину активной зоны контакта (АЗК) определяли при помощи тестовой сетки с шагом 3 мм. По протяженности АЗК все контакты делили на очень мелкие (<300 нм), средние (301-500 нм), крупные (501-700 нм) и очень крупные (>701 нм).

Подсчитывали количество плоских и искривленных ФВК-позитивных контактов. Искривленные синапсы по характеру искривления плоскости контакта подразделяли на положительно и отрицательно искривленные. Положительным искривлением считали изгиб синаптического профиля в сторону пресинаптической зоны, отрицательным - в постсинаптическую часть. К сочетанным формам относили контакты с наличием прямого и искривленного участков. Кроме того, высчитывали степень искривления плоскости контактов (Devon R.M., Jones D.G., 1979).

Статистическая обработка произведена при помощи программы «SYSTAT» на компьютере IBM PS/AT 80 286. Для оценки достоверности различий при сравнении средних величин использовали критерий Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Структурные основы интегратнвиой деятельности мозжечка в норме.

На фронтальных парафиновых срезах кора мозжечка представлена тремя слоями: молекулярным (262.2 ± 16.09 мкм), ганглиозным (58.7 ±0.76 мкм) и зернистым (280.8 ± 25.16 мкм). Морфометрический анализ нейронных популяций показывает, что в коре мозжечка интактных белых крыс имеется определенное количественное соотношение клеточных элементов, участвующих в формировании нейронных сетей мозжечка. В 1 мм3 ткани коры мозжечка содержится (0.30 ± 0.011)х104 клеток Пуркинье (КП), (2.44 + 0.239)х104 нейронов молекулярного слоя и (0.75 ± 0.029)х106 зернистых клеток (3 К), а численная плотность нейронов зубчатого ядра составляет (3.70 ±0.200)х104.

В синаптическом пуле молекулярного слоя, являющемся, по мнению C.Sotelo et al. (1991), зоной переключения афферентной импульсации на эфферентные нейроны коры мозжечка, преобладают аксо-дендритические, преимущественно аксо-шипиковые, синапсы с одной, реже двумя активными зонами контакта (АЗК). По данным количественного анализа материала, контрастированного ФВК, в 1мм3 нейропиля содержится (2.224 ± 0.2461)х108 межнейронных контактов, 51.5% из них имеют асимметричную структуру системы субсинаптических единиц (ССЕ), пространственная организация которой характерна для функционально зрелых синапсов (Степанов С.С., 1986). Выявляемые у контрольных животных симметричные контакты, пресинаптическая решетка которых недифференцирована, могут рассматриваться структурной основой для пополнения популяции асимметричных, так как, по мнению ряда авторов, такая форма межнейронных контактов является промежуточной в процессе формирования функционально зрелых синапсов (Боголепов Н.Н., 1983, 1988; Степанов С.С., 1986; Cotman C.W., 1984; Wolff S.R, Missler M., 1992).

Популяция асимметричных ФВК-позитивных контактов, в свою очередь, также неоднородна. По степени выраженности ПП превалируют типы А и В (28.5% и 54.0% соответственно). Постсинаптическое уплотнение (ПУ) синапсов молекулярного

слоя характеризуется незначительной толщиной (20-35 нм), однородностью прокрашивания и отсутствием фибриллярных комплексов, проникающих вглубь италика.

Распределение синапсов по характеру искривления плоскости контактов выглядит следующим образом: 56.1% синапсов имеют прямую плоскость контакта, 38.3% - положительно искривленную и 3.3% - сочетанную форму. Отрицательно искривленные ФВК-позитивные контакты у контрольных животных встречаются редко (2.3%), что, вероятно, связано с отмеченными нами особенностями строения ПУ и описанными Р.11.0огс1оп-\Уеек5 (1983) особенностями его биохимического состава. Степень искривления синапсов контрольных животных составляет 0.089 ± 0.0050.

Таким образом, в мозжечке контрольных животных наряду с детерминированностью количественных взаимоотношений нейронных популяций выявляется значительный резерв структурной пластичности межнейронной интеграции, к которому, с учетом литературных данных, можно отнести симметричные контакты, а также гетерогенность популяции асимметричных синапсов.

Морфо-функциональная характеристика нейронных популяций мозжечка в постишемическом периоде по данным светооптического и морфометрического анализа.

Нейронные популяции мозжечка обладают разной степенью чувствительности к ишемическому воздействию. Первыми реагируют и проявляют более выраженные изменения грушевидные нейроны коры мозжечка. К концу исследуемого постишемического периода (30 сут) их численная плотность в 1мм3 коры мозжечка на 50% (Р<0.001) ниже контрольного показателя. Наши данные о высокой чувствительности этой нейронной популяции к гипоксии согласуются с результатами исследований многих авторов (Миротворская Г.Н., 1980; Аврущенко М.Ш, 1984, 1988; Пермяков Н.К. с соавт., 1986). Реактивные изменения нейронов отмечаются уже в конце ишемического периода, когда в ганглиозном слое чаще, чем в контроле, выявляются гиперхромные клетки. Отсутстствие признаков сморщивания в таких нейронах позволяет расценить подобные изменения как приспособительную реакцию, протекающую с целью временной консервации нейронов, так

как известно, что темные нейроны представляют собой неактивную часть популяции (Улыбина И.Н., Топорова С.Н., 1984; Аврущенко М.Ш., 1988).

Появление в постишемическом периоде, особенно через 1 и 3 сут, большого количества морфологически измененных нейронов, среди которых преобладаюттотально-гиперхромные, сморщенные клетки, реже - ишемически поврежденные, гипохромные и с гидропическими изменениями, свидетельствует о неспецифическом характере изменений и тяжелых деструктивных процессах, протекающих в мозжечке, что характерно для гипоксического воздействия (Кривицкая Г.Н. с соавт., 1980; Квитницкий-Рыжов Ю.Н., 1978, 1988, 1990).

Нейроны молекулярного слоя являются также весьма чувствительными к ишемии. Уменьшение их численной плотности отмечается через 1 сут, а через 30 сутпостишемического периода дефицит этих нейронов в 1 мм3 коры мозжечка составляет 42.6% (РС0.001).

Самой устойчивой среди нейронов коры мозжечка является популяция зернистых клеток. Достоверное снижение численной плотности этой нейронной популяции на 16,1% (Р<0.05) отмечается через 1 сут и достигает максимума (26.2%, Р<0.01) через 7 сут постишемического периода.

На основании результатов собственных исследований и данных литературы о функциональной роли каждой из описанных нейронных популяций нам представляется, что интегративная деятельность всей совокупности нейронов коры мозжечка в постишемическом периоде приобретает новые качественные особенности. В отличие от неокортекса, где при ишемии страдает прежде всего «вход» нейронных сетей - афферентные нейроны слоев Ш-IY (Степанов С.С., 1986; Семченко В.В. с соавт., 1990), в коре мозжечка более уязвимым звеном переработки информации является их «выход» - пул КП. Существенно то, что редукция КП более выражена, чем ЗК, в результате чего начиная с 3-х сут постишемического периода нами отмечено увеличение количества ЗК, приходящихся на 1 КП. Учитывая, что аксоны ЗК являются составной частью системы афферентной импульсации КП (Оленев С.Н., 1987; Van der Want J.J.L. et al., 1985), можно предположить и значительное возрастание притока возбуждающей информации от ЗК к КП, а, следовательно, и увеличение функциональной нагрузки на последние. В этом

случае усиление потока возбуждающей информации на фоне недостаточного тормозного влияния вследствие значительной гибели тормозных нейронов молекулярного слоя наряду с развитием вторичной гипоксии, обусловленной нарушением кровоснабжения в коре мозжечка в постишемическом периоде (Классен H.H., 1986), может объяснить выраженную повреждаемость КП ив более поздние сроки после перенесенной ишемии.

Морфологические изменения нейронов зубчатого ядра коррелируют с таковыми грушевидных нейронов и отмечаются в аналогичные сроки постишемического периода. К 30-м сут после перенесенной ишемии численная плотность нейронов в 1 мм3 зубчатого ядра на 22.4% (Р<0.001) ниже контрольного значения. Таким образом, редукция КП более значительна, чем гибель нейронов зубчатого ядра, что может быть предпосылкой формирования новых корково-подкорковых отношений в мозжечке в постишемическом периоде с недостаточным тормозным воздействием коры на ядра мозжечка.

Структурные основы межиейронной интеграции в молекулярном слое коры мозжечка в постишемическом периоде.

В конце ишемии структурные изменения в нейропиле молекулярного слоя коры мозжечка выражены незначительно, численная плотность симметричных и асимметричных ФВК-позитивных контактов достоверно не отличается от контрольных значений. Как и в интактном мозжечке, в популяции асимметричных контактов преобладают синапсы со средней высотой ПП, однако отмечается значительное уменьшение (на 35,9%', Р<0,05) количества синапсов типа А, что может быть обусловлено дезагрегацией ПП вследствие повреждения ССЕ. В это же время выявляется тенденция к изменению соотношения количества плоских и положительно искривленных синапсов в сторону увеличения доли последних на фоне возрастания по сравнению с контрольным показателем степени • искривления плоскости контактов (на 42.7%*,Р<0.001).

Через 90 мин диффузные изменения нейропиля молекулярного слоя коры мозжечка проявляются набуханием нервных отростков, деструкцией элементов цитоскелета и повреждением синаптических филаментозных образований.

Количество определенных конгактов в единице объема нейропиля на 26.3% (Р<0.05) ниже контрольного значения. При

этом уменьшение численной плотности симметричных контактов более значительно, чем снижение аналогичного показателя асимметричных. Значительно изменяется и качественный состав популяции асимметричных контактов. На 35.4% (Р<0.05) уменьшается численная плотность контактов типа С и на 13.0% (Р<0.05) - типаВ. Отмеченные изменения, вероятно, происходят в результате компенсаторной трансформации пресинаптических решеток этих контактов в более зрелую форму, соответствующую контактам типа А, численная плотность которых восстанавливается до контрольного значения. В 2 раза (Р<0.05) по сравнению с предыдущим сроком исследования возрастает численная плотность очень крупных синапсов с длиной АЗК более 700 нм,

В этот период 49.1% выявляемых синапсов имеют прямую плоскость контактов, а 50.4% - искривленную в сторону пресинаптической зоны, т.е. происходит увеличение доли положительно искривленных контактов по сравнению с аналогичными показателями у контрольных животных. Степень искривления синапсов на 65.2% (Р<0.001) превышает контрольное значение. Количество сочетанных форм уменьшается в 9 раз (Р<0.001), а отрицательно искривленные контакты в синаптическом пуле в этот период не выявляются.

Сохранение численной плотности асимметричных контактов с высоко дифференцированной пресинаптической решеткой на контрольном уровне, увеличение численной плотности крупных контактов, обладающих повышенной синаптической эффективностью (Боголепов H.H., 1983; Семченко В.В., Степанов С.С., 1989), и процентного содержания положительно искривленных контактов, отражающих усиленную функциональную активность синаптического пула (Степанов С.С., Семченко В.В., 1994; Guldner F.H., Philips S.C., 1986), являются, на наш взгляд, проявлением активации компенсаторно-восстановительных изменений в раннем постшпемическом периоде.

Через 1 сут в молекулярном слое содержится минимальное за весь исследуемый период количество синапсов, их число в 1 мм3 нейропиля на 62.0% (Р<0.001) ниже соответствующего показателя в контроле. В это время уменьшается количество контактов всех типов, но более значительно - типа С, численная плотность которых на 68.7% (Р<0.001) меньше контрольного значения.

Организация синаптического пула различных участкои нейропиля имеет существенные отличия. Формируются

синаптические поля, в которых преобладают положительно искривленные синапсы с резко выраженным равномерным искривлением плоскости контактов. Более отчетливо такие очаги выявляются на контрастированном ФВК материале. Особенностью формы ССЕ контактов в очагах является равномерное искривление плоскости контакта в сторону пресинаптической терминали и скопление в постсинаптической зоне фибриллярно-гранулярного ФВК-позитивного материала, связанного с ПУ.

Количество синапсов в очагах и окружающем их нейропиле существенно отличаются. Так, численная плотность межнейронных контактов в очагах значительно ниже, чем в окружающем нейропиле: асимметричных контактов - на 41.1% (РС0.001), симметричных - на 43.9% (Р<0.001). В нейропиле преобладают положительно искривленные синапсы, при этом процентное содержание плоских и искривленных контактов достоверно не отличается в сравниваемых областях. Более информативным является показатель степени искривления плоскости контактов, значение которого в очагах в 1,7 раза (Р<0,001) превышает аналогичный показатель вне очагов.

В нейропиле в это время выявляется большое количество ФВК-позитивных контактов с деструктивными изменениями цитоскелета, в первую очередь ПП пресинаптической решетки. Вне очагов поврежденные контакты встречаются значительно реже и располагаются, как правило, диффузно. Межнейронные контакты изменены чаще по светлому типу, реже встречается очаговый тип деструкции синапсов, о чем свидетельствует анализ осмированного материала

Таким образом, гибель больше половины синапсов и полиморфные деструктивные изменения нейропиля свидетельствуют о выраженности деструктивных процессов в мозжечке через 1 сут постишемического периода. Вместе с тем, обнаруженное нами в популяции асимметричных контактов относительное увеличение количества крупных синапсов, обусловленное сохранением численной плотности контактов с длиной АЗК более 500 нм на контрольном уровне и уменьшением численной плотности контактов с длиной АЗК менее 500 нм, и появление большого количества перфорированных синапсов свидетельствуют об интенсификации гипертрофических процессов на уровне межнейронных связей.

Диффузно-очаговый характер изменений нейропиля молекулярного слоя отмечается и через 3 сут постишемического периода. Большинство синапсов, особенно в очагах, имеют морфологические признаки деструкции ССЕ вплоть до полного разрушения составляющих ее элементов. В нейропиле, окружающем очаги, преобладают контакты с гипертрофированной ССЕ. Численная плотность Ф В К-позитивных контактов, как и в предыдущий период исследования, достоверно ниже в очагах. В этот период вне очагов преобладают плоские контакты (52.1% всех синапсов), в очагах - положительно искривленные (65.1%). Степень искривления контактов возрастает во всех участках нейропиля, но более значительно - в очагах, где она превышает в 1.9 раза (Р<0.001) аналогичный показатель вне очагов.

Количество определенных контактов в 1 мм3 нейропиля молекулярного слоя через 3 сут после ишемии ниже контрольного показателя, но отмечается его увеличение по сравнению с предыдущим сроком исследования вследствие возрастания на 16.0% (РС0.001) численной плотности асимметричных контактов. Чаще, чем в контроле, выявляются межнейронные контакты, усложненные по конвергентному и дивергентному типам, что может быть результатом расщепления гипертрофированных синапсов на автономные контакты. Возможность реализации такого механизма образования новых синапсов доказана при созревании мозга и экстремальном воздействии (Степанов С.С.,1986; ТеМвшап У. ег а1., 1989).

Таким образом, через 3 сут постишемического периода на фоне деструктивных изменений синаптического пула в небольшой степени сокращается дефицит синапсов. Гипертрофия сохранившихся простых контактов сопровождается появлением более сложных форм синаптического устройства.

Через 7 сут после перенесенной ишемии сохраняется отмеченная на 1-е и 3-й сут очаговость структурных изменений молекулярного слоя. Различия количественных параметров синаптического пула в очагах и вне таковых также достоверны. Наиболее ярко межнейронные контакты отличаются по характеру и степени искривления плоскости контактов. Вне очагов плоские синапсы составляют 56.8% всех определенных контактов, т.е. их процентное содержание соответствует контрольному значению. В очагах же 96.7% асимметричных синапсов имеют положительно искривленную плоскость контакта. Степень

искривления плоскости контактов в очагах сохраняется на уровне показателя предыдущего срока^в 1.6 раза (Р<0.001) превышая значение этого показателя вне очагов.

Численная плотность определенных ФВК-позитивнкх контактов в молекулярном слое через 7 сут постишеМическбго периода на 42.5% (РС0.001) больше аналогичного показателе в предыдущий срок исследования. Увеличивается количество как симметричных, так и ' асимметричных контактов. При этом достоверный прирост численной плотности контактов с симметричной организацие ССЕ регистрируется впервые, что может быть результатом активации неосинаптогенеза. В нейропиле встречается большое количество мелких ФВК-позитивных контактов и усложненных форм структурной организации синапсов по конвергентному и дивергентному типам.

При электронномикроскопическом изучении коры мозжечка через 30 сут посгишемического периода отмеченная ранее неоднородность пространственной организации межнейронных контактов различных участков молекулярного слоя не выявляется. В нейропиле встречаются отдельные деструктивно измененные синапсы. Однако исчезновение очагов не сопровождается восстановлением всех параметров синаптического пула до контрольных значений. Так, количество определенных контактов в единице объема нейропиля достоверно не отличается от контрольного показателя, в то же время численная плотность симметричных контактов на 29.9% (Р<0.05) ниже, а асимметричных на 20.4% (Р<0.05) выше, чем в контроле. 41.2% выявляемых в этот период контактов имеют прямую плоскость контакта, 45.9% - положительно искривленную и 12.9% -сочетанную форму. Значительное увеличение количества последних в синаптическом пуле по сравнению с контрольным показателем, видимо, обусловлено появлением большого количества крупных контактов с длиной АЗК более 700 нм, для которых при функционировании, по мнению С.С.Степанова, В.В.Семченко (1994), характерно неравномерное искривление плоскости контактов. Показатель степени искривления контактов на 29.1% (РС0.01) выше значения аналогичного показателя в контроле.

Таким образом, результаты проведенного исследования свидетельствуют о том, что развивающиеся во время ишемии и в постишемическом периоде деструктивные изменения в мозжечке

активируют компенсаторно-восстановительные процессы, структурная реализация которых более интенсивно протекает на уровне межнейронных контактов. Компенсаторно-восстановительные реакции включаются в ранние сроки после ишемического воздействия, имеют определенную динамику в течение постишемического периода, приводят к формированию качественно иной структурной организации межнейронной интеграции, что, очевидно, является ведущим механизмом реабилитации интегративной деятельности мозжечка через месяц после перенесенной ишемии.

ВЫВОДЫ

1. В мозжечке контрольных животных выявляется определенное количественное соотношение нейронных популяций, обеспечивающих интегративную деятельность этого отдела мозга в норме. Наличие в синаптическом пуле симметричных межнейронных контактов, полиморфизм асимметричных контактов, большое количество синапсов с прямой плоскостью контакта и со слабо выраженными плотными проекциями пресинаптической решетки является структурной основой высокой пластичности нейронных сетей мозжечка.

2. В первые сутки после перенесенной тотальной ишемит нарушение интегративной деятельности мозжечка связано i основном с деструктивными изменениями и гибелью большого количества (62.0%) синапсов молекулярного слоя коры мозжечка Повреждение синаптического пула в постишемическом периоде носит диффузно-очаговый характер с наибольшей выраженностью очаговых изменений через 1, 3 и 7 сут.

3. Синаптическая филаментозная система цитоскелет; является наиболее чувствительным образованием межнейронны: контактов к ишемическому и постишемическому воздействию Деформация синаптического цитоскелета, особенно ег< специализированной части (система субсинаптических единиц) приводит к резко выраженному равномерному положительном; искривлению плоскости межнейронных контактов и служи одним из центральных механизмов деструкции синапсо молекулярного слоя коры мозжечка в постишемическом периоде

4. Деструктивные изменения нейронов мозжечка максимальн выражены через 1 и 3 сут постишемического периода, отличаютс

полиморфизмом и более ярким проявлением в ганглиозном слое. В результате неравномерного повреждения различных нейронных популяций мозжечка изменяется их количественное соотношение. К 30-м сут постишемического периода значительно увеличивается число клеток зернистого слоя и нейронов зубчатого ядра на один сохранившийся грушевидный нейрон, что, очевидно, приводит к усилению афферентной нагрузки на грушевидные нейроны и снижению эфферентной импульсации на нейроны зубчатого ядра.

5. Компенсаторно-восстановительные процессы в мозжечке протекают параллельно с деструктивными, более интенсивно реализуются на уровне межнейронных контактов и проявляются переходом неактивных синапсов в активное состояние (с 90-й мин постишемического периода), гипертрофией и ускоренным созреванием синапсов (с 1-х сут), активацией синаптогенеза (с 3-х сут и, особенно с 7-х сут). К 30-м сут после перенесенной ишемии численная плотность синапсов молекулярного слоя коры мозжечка достигает контрольного уровня, однако синаптический пул приобретает качественно иную структурную организацию.

6. В основе компенсаторно-приспособительных изменений сохранившихся и вновь образованных синапсов лежит реорганизация системы субсиналтических единиц. Гиперплазия и гипертрофия ее элементов, прежде всего плотных проекций и филаментозной сети постсинаптического уплотнения, приводит к усложнению пространственной организации системы субсинаптических единиц межнейронных контактов и, как следствие, к увеличению информационной емкости синаптического пула коры мозжечка в постишемическом периоде.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ В ПРАКТИКУ

Данные о морфо-функциональных изменениях нейронов и межнейронных контактов мозжечка в постишемическом периоде используются в учебном процессе на кафедре гистологии и эмбриологии Омской медицинской академии, на кафедре анатомии Омского института ветеринарной медицины. Сведения о пластичности нейронных сетей мозжечка включены в лекционный курс для врачей Омской городской больницы скорой

медицинской помощи и Российской школы-семинара по подготовке врачей реаниматологов-анестезиологов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Сергеева Е.Д., Степанов С.С. Изменения синапто- и цитоархитектоники различных отделов двигательного анализатора головного мозга, белых крыс в постишемическом периоде //Многоуровневая организация церебральных функций: Тез.докл. Всесоюз. молодежной конф. -М.: НИИ мозга АМН СССР, 1991. -С.54.

2. Семченко В.В., Степанов С.С., Сергеева Е.Д., Колмогорова М.М. Структурные механизмы реорганизации нейронных сетей головного мозга после тотальной ишемии //Компенсаторно-приспособительные механизмы внутренних органов и головного мозга в норме, патологии и эксперименте: Матер, научно-практич. конф. -Тюмень: Тюменский мед. ин-т, 1991. -С.111-113.

3. Сергеева Е.Д., Степанов С.С. Клеточные основы изменения интегративно-пусковой деятельности коры мозжечка в постишемическом периоде //Проблемы эволюционной, сравнительной и функциональной морфологии домашних животных и пушных зверей клеточного содержания: Тез. докл. респ. науч. конф. ветеринарных морфологов. -Омск: Омский вет. ин-т, 1993. -С.109-110.

4. Семченко В.В., Степанов С.С., Сергеева Е.Д. Структурные особенности реакции тормозных и возбуждающих систем головного мозга в постишемическом периоде //Морфология. -1993. -Т.105, N9-10. -С.148.

5. Сергеева Е.Д. Синаптоархитектоника молекулярного слоя коры мозжечка белых крыс в постишемическом периоде //Структурно-функциональные механизмы патологических и компенсаторно-восстановительных реакций: Сб. науч. тр. -Омск: Омский мед. ин-т, 1994. -С.58-60.

6. Сергеева Е.Д., Семченко В.В., Степанов С.С. Структурные механизмы нарушения и компенсации интегративно-пусковой

' деятельности мозжечка в постреанимационном периоде //Матер .к - докл. объединенного пленума проблемных комиссий "Экстремальные и терминальные состояния" и "Научные основы

реаниматологии". -Кемерово: Кемеровский мед. ин-т, 1994. -С.96-97.

7. Семченко В.В., Степанов С.С., Сергеева Е.Д. Структурные основы повышения афферентной нагрузки на клетки Пуркинье мозжечка в постреанимационном периоде // II нейрогисто-логическая конференция, посвященная памяти Н.Г.Колосова. Колоссовские чтения-94: Тез. докл. -Санкт-Петербург, 1994. -С.66-67.

8. Семченко В.В., Степанов С.С., Бородич С.А., Акулинин В.А., Никель А.Э., Сергеева Е.Д. Реактивность и пластичность нейронов развивающегося и зрелого мозга в постишемическом периоде //3 съезд анатомов, гистологов и эмбриологов РФ: Матер, съезда. -Тюмень, 1994. -С. 179-180.

9. Семченко В.В., Степанов С.С., Акулинин В.А., Никель А.Э., Ерениев С.И., Маковецкий К.К., Сергеева Е.Д. Структурные механизмы эпилептизации мозга в постреанимационном периоде //Актуальные проблемы и перспективы развития современной реаниматологии: Матер, междунар. симп. -М.: РАМН, 1994. -С.61-63.

Подписано к печати 15.02.1995. объем 1.1 неч.л. Ф. 60X84 1.16 Типография ОГМА заказ № 32 тираж 100 экз.