MORPHOMETRIC CHARACTERISTICS OF SUBSTANTIA NIGRA CELLULAR STRUCTURES OF THE HUMAN BRAIN

Full Text

В настоящее время большое внимание уделяется изучению различных аспектов старения и заболеваний, связанных с пожилым возрастом, среди которых важное место отводится болезни Паркинсона, клинические проявления которой обусловлены избирательной гибелью дофаминергических нейронов черного вещества (ЧВ) мозга [7, 8]. В связи с этим актуальным становится изучение особенностей структурнофункциональной гетерогенности ЧВ головного мозга человека [1, 12], а именно количественная оценка клеточных структур ЧВ как у здоровых людей, так и при болезни Паркинсона, что позволит создать фундаментальную базу для уточнения локализации и распространения патологического процесса. Основные количественные параметры нервных клеток и глиальных элементов структур ЧВ мозга человека к настоящему времени представлена лишь в отдельных работах [5]. Цель данного исследования - изучить морфометрические параметры нервных и глиальных элементов в структурах компактной части черного вещества (КЧЧВ) головного мозга человека. Материал и методы. Аутопсийный материал головного мозга неврологически здоровых пациентов (6 мужчин и 3 женщин), умерших от интеркуррентных заболеваний в возрасте от 52 до 87 лет, фиксировали в 10% формалине, дегидратировали, заключали в парафин и на уровне КЧЧВ делали фронтальные срезы толщиной 10 мкм, которые окрашивали крезиловым фиолетовым. Структуры ЧВ изучали под бинокулярной лупой Motic SMZ-161 (Motic, Гонконг, Китай), а клеточные элементы - с помощью микроскопа Leica-DMLB (Leica Microsystems, Германия), оснащенном цифровой видеокамерой и системой компьютерного анализа видеоизображений Leica QWin. Количество нейронов и общее количество глиоцитов исследовали в отдельных сегментах (скоплениях групп нейронов) вентральной и дорсальной областей КЧЧВ [6]. В вентральной области выделяли: вентромедиальный (ВМС), вентролатеральный (ВЛС) и промежуточный (ПС) сегменты, а в дорсальной области - дорсомедиальный (ДМС) и дорсолатеральный (ДЛС) сегменты, а также латеральную подобласть (ЛП) (рисунок). В связи с тем, что в вентральной области ВЛС и ПС не были четко отграничены друг от друга, их условно объединили в один сегмент (ВЛС+ПС). Нейроны и глиоциты в структурах КЧЧВ подсчитывали в поле зрения микроскопа (об. 40, ок. 10), а затем вычисляли их количество на площади, равной 0,01 мм2, т. е. определяли плотность их расположения. В каждом случае изучали не менее 25 полей зрения. Вычисляли глиальный индекс, т. е. отношение: величина плотности расположения глиоцитов/ величина плотности расположения нейронов. Площадь сечения (мкм2) тел нейронов и их ядер в сегментах КЧЧВ измеряли при об. 100, ок. 10 (не менее 100 клеток в одном сегменте). Полученные данные обрабатывали статистически, используя пакет прикладных программ «SigmaPlot-12.0». Оценку статистической значимости полученных данных (за исключением глиального индекса) устанавливали методом однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA on Ranks) c использованием H-критерия Краскала-Уоллиса. Для апостериорного анализа применяли Q-критерий Данна, сравнивая его значения для каждого показателя с критическим значением (Qk). Результаты исследования. Проведен ное исследование показало, что на серийных бфронтальных срезах ЧВ прослеживалось на всем протяжении среднего мозга человека. Оно выявлялось в виде продольного тяжа, изогнутого в дорсолатеральном направлении, и располагалось между красным ядром и основанием ножек мозга. Выделялась густоклеточная КЧЧВ и редкоклеточная ретикулярная часть. В КЧЧВ различалась дорсальная область и более широкая - вентральная. В каждой области нейроны располагались группами, которые, в свою очередь, формировали сегменты, по 3 сегмента в каждой области (см. рисунок). При сопоставлении выборочных значений плотности расположения нейронов в сегментах КЧЧВ были выявлены значимые различия (H=43,94; P<0,001 по ANOVA on Ranks). Плотность расположения нейронов в ВЛС+ПС вентральной области (табл. 1) была значимо выше, чем в сегментах дорсальной области (по сравнению с ДМС, Q=6,18, с сегментом ДЛС, Q=3,86, а с ЛП, Q=2,96; Qk=2,81; при каждом сравнении - P<0,05), а в ВМС вентральной области плотность их расположения была значимо бвыше, чем в сегменте ДМС дорсальной области б(Q=4,68; Qk=2,81; P<0,05). При сравнении этого показателя в разных сегментах в пределах каждой области КЧЧВ в вентральной области различий выявлено не было, а в дорсальной области они были обнаружены только между ДЛС и ДМС: в бДЛС плотность расположения нейронов была значимо выше, чем в ДМС (Q=3,21; Qk=2,81; P<0,05). При сопоставлении выборочных значений плотности расположения глиоцитов в сегментах бКЧЧВ были обнаружены значимые различия (H=95,92; P<0,001 по ANOVA on Ranks). Сравнение плотности расположения глиоцитов по сегментам между областями КЧЧВ показало разнонаправленные ее колебания (см. табл. 1). Так, в ВМС вентральной области плотность расположения глиоцитов была значимо выше, чем в ДМС (Q=3,17; Qk=2,81; P<0,05), и значимо ниже, чем в ЛП (Q=3,23; Qk=2,81; P<0,05), но она существенно не отличалась от аналогичного показателя в ДЛС. В другом сегменте вентральной области (ВЛС+ПС) плотность расположения глиоцитов была значимо выше, чем в ДМС (Q=8,36; Qk=2,81; P<0,05) и в ДЛС (Q=6,79; Qk=2,81; P<0,05), но она существенно не отличалась от аналогичного показателя в сегменте ЛП. Сопоставление плотности расположения глиоцитов в сегментах в пределах каждой области показало, что в вентральной области в ВЛС+ПС этот показатель был значимо выше, чем в ВМС (Q=5,26; Qk=2,81; P<0,05), ав дорсальной - в ЛП он был значимо выше, чем в ДМС (Q=6,31; Qk=2,81; P<0,05) и в ДЛС (Q=4,72; Qk=2,81; P<0,05). Величина глиального индекса, характеризующего отношение между глиоцитами и нейронами, в сегментах дорсальной области была выше, чем в сегментах вентральной (см. табл. 1). Максимальные различия между показателями в сегментах этих областей достигали 37%, как, например, между ВМС вентральной области и ЛП дорсальной области, и минимальные различия в 7% были выявлены между показателями в ВЛС+ПС вентральной области и ДЛС дорсальной области. При сравнении сегментов КЧЧВ по показателю площади сечения тел нейронов методом однофакторного дисперсионного анализа были обнаружены значимые различия (H=81,9; P<0,001 по ANOVA on Ranks). Сравнение этого показателя в сегментах разных областей КЧЧВ показало, что в сегментах вентральной области он был существенно выше, чем в дорсальной (табл. 2). При его посегментном сравнении в пределах каждой области было обнаружено, что в вентральной области различия незначимы, а в дорсальной - они имеются только между ДЛС и ДМС: площадь сечения тел нейронов была значимо выше в сегменте ДЛС, чем в ДМС (Q=2,87; Qk=2,81; P<0,05). Сопоставление площади сечения ядер нейронов в разных областях КЧЧВ методом однофакторного дисперсионного анализа показало, что между последними имеются значимые различия (H=81,9; P<0,001 по ANOVA on Ranks). В сегментах как плотность расположения нейронов и глиоцитов, глиальный индекс, площадь сечения тел и ядер нейронов, которые отчетливо обнаруживались при сравнении сегментов разных областей КЧЧВ. Так, ВЛС+ПС существенно отличался от каждого сегмента дорсальной области (ДМС, ДЛС и ЛП) по всем изученным показателям. Исключение составила лишь ЛП, с которой ВЛС+ПС не имел значимых различий по плотности расположения глиоцитов. Другой сегмент вентральной области - ВМС значимо отличался от сегмента дорсальной области - ДМС по каждому из изученных показателей, а при сравнении с ЛП он отличался только по плотности расположения нейронов. ВМС также значимо отличался от ДЛС - по площади сечения тел и ядер нейронов. Следовательно, каждый из сегментов вентральной области существенно отличался от каждого из сегментов дорсальной области и, прежде всего, большими размерами тел и ядер нейронов. Полученные нами результаты при изучении плотности расположения нейронов в отдельных сегментах КЧЧВ существенно не отличались от аналогичных показателей у людей пожилого возраста, представленных другими исследователями [10]. В то же время, по нашим данным, площадь сечения тел нейронов в КЧЧВ была выше, чем в образцах мозга индийцев как старших возрастных групп (60-89 лет), так и зрелого возраста (30-59 лет) [2]. Возможно, такое несоответствие, по данным этих авторов [2], обусловлено особенностями организации нейронных структур КЧЧВ у индийцев: плотность расположения нейронов в этих структурах у них выше, чем у европейцев и североамериканцев, и с возрастом она, как и другие основные морфометрические показатели нейронов КЧЧВ, существенно не изменяется. У европейцев [3] и североамериканцев [4] с возрастом снижается число нейронов отдельных популяций КЧЧВ (у европейцев - число нейронов, содержащих нейромеланин, а у североамериканцев - число нейронов, содержащих дофамин), а размеры нейронов увеличиваются, что одни авторы связывают с их гипертрофией [3], другие - с накоплением нейромеланина [11]. Согласно данным литературы, гибель нейронов в КЧЧВ при болезни Паркинсона вследствие нейродегенерации в большей степени характерна для сегментов вентральной области - ВМС [6] и ВЛС [10], чем для сегментов дорсальной. Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что у неврологически здоровых людей размеры тел и ядер нейронов в сегментах вентральной области значимо больше, чем в дорсальной, и именно в сегментах вентральной области, как упоминалось выше, нейродегенеративный процесс развивается интенсивнее. Хорошо известно, что центральным звеном клеточного обмена является ядро, и его размеры в значительной степени отражают функциональную и метаболическую активность нейрона. В таком случае можно предположить, что для нейронов вентральной области КЧЧВ характерна высокая функциональная активность. В то же время, как показали наши исследования, количество глиоцитов на один нейрон (глиальный индекс) в вентральной области в целом меньше, чем в дорсальной. Учитывая, что нейроглия поддерживает гомеостаз нервной ткани и нормальное функционирование нейронов [9], выявленный нами в условиях нормы «дефицит» глиоцитов в сегментах вентральной области, в условиях патологии может способствовать избирательной потере функционально активных нейронов, формирующих эту область. Таким образом, морфометрическое исследование КЧЧВ мозга людей (аутопсийный материал) в возрасте от 52 до 87 лет выявило количественные различия между структурами её вентральной и дорсальной областей (сегментами) по таким показателям, как плотность расположения нейронов и глиоцитов, площадь сечения нейронов и их ядер, которые необходимо учитывать для объективной оценки морфологических изменений в ЧВ мозга, обусловленных как возрастной инволюцией, так и патологическим процессом.

About the authors

V. N. Sal’kov

Research Center of Neurology

Email: vla-salkov@yandex.ru
Laboratory of Functional Morphochemistry, Department of Brain Research

R. M. Khudoyerkov

Research Center of Neurology

Email: rolfbrain@yandex.ru
Laboratory of Functional Morphochemistry, Department of Brain Research

D. N. Voronkov

Research Center of Neurology

Email: neurolab@yandex.ru
Laboratory of Functional Morphochemistry, Department of Brain Research

References

Supplementary files