TOPOGRAPHY AND CYTOARCHITECTURE OF THE AREA X OF THE SPINAL CORD IN POSTNATAL ONTOGENESIS OF THE RAT

Full Text

Введение. Топографически поле X не укладывается в представления о пластинчатом строении серого вещества спинного мозга (СМ). Оно относится к центральным структурам СМ, включая вентральную и дорсальную серые спайки. Данные литературы [2, 11, 13, 14] и результаты собственных исследований [4, 16] свидетельствуют о гетерогенности интернейронов поля Х по форме клеточных тел и направленности отростков, что, очевидно, связано с их функциональными характеристиками. В поле Х выделяют центральное автономное ядро, локализованное в дорсальной серой спайке [10]. В окружности центрального канала, эпендимной оболочке и зонах облитерации центрального канала у человека и животных (кролик, кошка, собака) обнаружены псевдоуниполярные нейроны [2], которые по форме и функции, возможно, являются чувствительными нейронами, осуществляющими взаимодействие с нервными центрами спинного мозга. Отсутствие данных об особенностях строения поля X в процессе постнатального развития указывает на необходимость уточнения его возрастных гистотопографических характеристик. Является актуальным не только изучение уровневой принадлежности, но и пространственного расположения структур серого вещества СМ в области поля Х. Цель настоящей работы - изучение возрастных изменений топографии и цитоархитектоники поля X спинного мозга крысы на разных этапах постнатального онтогенеза. Материал и методы. Материал исследования составили кусочки спинного мозга, взятые на уровне 2-го грудного сегмента у 65 самок крыс Вистар в возрасте 3, 5, 7, 10, 15, 20, 30, 60, 90, 120, 150, 180 и 360 сут (по 5 особей в каждой возрастной группе). Исследование одобрено решением этического комитета ФГБОУ ВО «Ярославский государственный медицинский университет» Минздрава России от 21.02.2019 г., протокол № 29. Выведение животных из эксперимента осуществляли под уретановым наркозом (3 г/кг внутрибрюшинно) путем транскардиальной перфузии раствора стандартного фоcфатно-cолевого буфеpа (PBS, 0,01М, pH 7,4) (БиолоТ, Россия), затем 4 % pаcтвоpа паpафоpмальдегида (Sigma, США) на PBS. Для исследования использованы Тh2-сегменты СМ, которые дополнительно фиксировали в 4 % растворе параформальдегида на PBS в течение 2 ч при 4 ºС. На криостате Shandon E (Thermo Scientific, Великобритания) готовили тангенциальные серийные срезы толщиной 14 мкм. Для исследования использовали методику окраски нервных клеток тионином по Нисслю с последующим заключением в бальзам. Для анализа использовали 10 срезов от сегмента СМ каждого животного. Препараты просматривали с помощью микроскопа Олимпус BX43 (Olympus Corporation, Япония). Изображения получали посредством цифровой видеокамеры TСC-5.0ICE (Tucsen, Китай). На срезах (об. 10) изучали топографию серого вещества СМ. Определяли положение поля X во 2-м грудном сегменте у крысы [13]. К полю X непосредственно относятся дорсальная и вентральная серые спайки - тонкие прослойки серого вещества, пересекающие срединную линию у центрального канала. Поле X также включает серое вещество в окружности центрального канала. В связи с этим в поле X топографически нами были выделены правая и левая центральные части - области серого вещества, расположенные латерально от центрального канала. Они ограничены вентрально и дорсально соответствующими серыми спайками, а латерально - VII пластинкой. На срезах (об. 20) проводили подсчет интернейронов, расположенных в выделенных областях поля X. Подсчету подлежали интернейроны в случае, если срез проходил через ядро с видимым ядрышком. С помощью программы Image J (NIH, США) на поперечном срезе СМ измеряли площадь каждой области поля X. Вычисление плотности нейронов производили, определяя отношение числа нервных клеток к площади конкретной области, вычисляя число нейронов на стандартной площади среза в 0,001 мм2. Для определения средних величин и стандартных ошибок использовали программу Statistica, версия 10.0 (StatSoft, Inc., 2011). Учитывая, что полученные выборки были разного объема, для детального поиска различий в исследовании применяли анализ вариаций ANOVA и критерий Тьюки Рost-hoc-анализа. Результаты исследования. В возрасте 3 сут на тангенциальном срезе серого вещества СМ отчетливо визуализируются следующие части: дорсальный рог, вентральный рог, промежуточная зона и структуры вокруг центрального канала - вентральная и дорсальная серые спайки, которые входят в состав поля Х (рисунок). Поле X состоит из мелких веретеновидных, овоидных, треугольных и многоугольных интернейронов, отличающихся от нейронов рядом расположенных пластинок IV, V, VII, VIII и промежуточно-медиального ядра с более мелкими размерами и кучностью расположения вокруг центрального канала. В дорсовентральном направлении граница поля X проходит латеральнее центрального канала, смежно с пластинкой VII промежуточной зоны, пластинкой V дорсального рога и дорсально - с пластинкой IV дорсального рога СМ. В дорсальной серой спайке поля X вентральнее одиночных клеток пластинки IV определяется скопление интернейронов веретеновидной, овоидной и треугольной формы с преимущественной поперечной ориентацией отростков. В вентральной серой спайке интернейронов меньше, форма и ориентация их отростков различные. У крыс в возрасте 3 сут и позднее область расположения и цитоархитектоника поля X не изменяются. От 3-х до 15-х суток на срезах СМ видна значительная протяженность поля X в дорсовентральном направлении. На этом возрастном промежутке большую часть поля X занимает область дорсальной серой спайки. Гистологический анализ подтверждается числовыми данными, приведенными для каждой из областей, формирующих поле X (табл.1). Так, у крыс в возрасте 3 сут наибольшую площадь имеет дорсальная серая спайка, а площадь других областей поля X примерно одинакова. На ранних сроках постнатального онтогенеза от 3-х до 15-х суток происходит увеличение площади дорсальной серой спайки, позднее - её уменьшение к 20-, 60-, 90-ми 240-м суткам. Площадь вентральной серой спайки изменяется иначе: с 3-х по 15-е сутки уменьшается, ак 20-, 60-ми 90-м суткам увеличивается. Показатели центральных частей значимо не различаются, их возрастная динамика заключается в первоначальном уменьшении площади к 15-м суткам, затем увеличении к 20-м суткам и уменьшении к 60-м и 180-м суткам. Подсчет числа нейронов на срезе в пределах всей площади поля X показал, что к 7-, 10-, 15-м и 20-м суткам отмечается постепенное уменьшение этого показателя (табл.2). Плотность интернейронов изменяется к 7-м суткам за счет уменьшения в 2 раза этого показателя в центральных частях поля Х. К 10-м суткам отмечается уменьшение плотности нейронов в дорсальной серой спайке. В вентральной серой спайке до 15-х суток плотность нейронов не изменяется, а к 20-м суткам значительно уменьшается, продолжая снижаться, вплоть до 90-х суток. С 30-х суток общее число нейронов на всей площади поля X уменьшается, а плотность нейронов стабилизируется и значимо не меняется до конца наблюдения. Обсуждение полученных данных. В результате проведенного исследования установлено, что в постнатальном онтогенезе отмечается уменьшение площади поля X СМ крысы, уменьшение числа нейронов и их плотности. При этом возрастные микроструктурные изменения в поле Х имеют региональные различия. В дорсальной серой спайке к 10-м суткам отмечается уменьшение плотности нейронов при увеличении ее площади, с 20-х суток и позднее - уменьшение площади дорсальной серой спайки и увеличение плотности нейронов. Уменьшение площади вентральной серой спайки к 15-м суткам не сопровождается изменением плотности нейронов, к 20-м суткам отмечается уменьшение плотности нейронов при увеличении площади вентральной серой спайки к 180-м суткам. Однонаправленное уменьшение к 7-м суткам плотности нейронов и площади центральных областей поля X позднее сменяется разнонаправленными изменениями: увеличением плотности нейронов и уменьшением площади этих областей к 10-м и 15-м суткам, вновь однонаправленным снижением показателей к 20-м суткам и их стабилизацией на более поздних сроках постнатального развития. Известно, что на раннем этапе постнатального развития объем серого вещества спинного мозга увеличивается более интенсивно по сравнению с белым [3, 6]. После рождения также отмечается более активный рост грудного отдела спинного мозга по сравнению с другими отделами [1]. Наблюдаемое нами уменьшение площади поля X и общего числа нейронов всего поля X на срезе, возможно, связано с постнатальным удлинением грудных сегментов спинного мозга [1]. В различных частях поля X возрастные изменения происходят неоднозначно, при этом наиболее значимые изменения происходят на 20-е сутки жизни крысы. Мы предполагаем, что у крысы существуют 2 этапа, в течение которых наблюдается уменьшение числа нейронов в сером веществе спинного мозга. Первый этап наступает в период нейрогенеза, не связан с формированием синапсов [12] и наблюдается в пролиферативных зонах конечного мозга в течение I триместра беременности [18]. Второй этап связан с дифференцировкой клеток, синаптогенезом и наблюдается в раннем постнатальном периоде в спинном мозгу у новорожденных мышат [15] и до 10-14-х суток жизни у крысят [7]. На этом этапе также наблюдаются сокращение числа и изменение структуры синапсов в грудном отделе спинного мозга крысы [8, 9]. Также уменьшение числа нейронов в раннем постнатальном онтогенезе, возможно, связано с высокой активностью глутаматных рецепторов, которые запускают гибель нейронов [17]. Уменьшение числа нейронов в зрелом возрасте, возможно, является следствием действия факторов, вызывающих деструкцию нейронов [5]. Заключение. С учетом многочисленности немиелизированных волокон, проходящих контралатерально из одной половины серого вещества спинного мозга в другую через промежуточное вещество, можно предположить, что структурные преобразования поля Х связаны с возрастными изменениями интегративно-координационной функции промежуточного вещества СМ, характерной для млекопитающих [4, 10, 11, 13, 14, 16]. Источник финансирования. Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант 17-04-00349-а). Вклад авторов: Концепция и дизайн исследования: А. Д. Н. Сбор и обработка материала: В. В. П. Статистическая обработка данных: В. В. П. Анализ и интерпретация данных: В. В. П. Написание текста: В. В. П. Авторы сообщают об отсутствии в статье конфликта интересов.

About the authors

V. V. Porseva

Yaroslavl State Medical University

Email: vvporseva@mail.ru
Department of Pathophysiology 5 Revolutsionnaya St., Yaroslavl 150000

A. D. Nozdrachev

St. Petersburg State University

Department of General Physiology 7-9 University Emb., St. Petersburg 199034

References

Supplementary files