AGE-RELATED CHANGES IN THE MORPHOMETRIC PARAMETERS OF THE NEURONS IN HUMAN HIPPOCAMPUS

Full Text

Гиппокамп (ГК), как центральное образование лимбической системы, играет важную роль в реализации когнитивно-мнестических функций и нейроэндокринной регуляции [1, 8]. Возрастные изменения ГК обусловливают нарушение всех видов памяти, а также сдвиги в эмоциональных реакциях и условнорефлекторном поведении [12]. Изучение ГК человека при помощи магнитно-резонансной томографии (МРТ) выявило линейную обратную корреляцию между возрастом и объемными показателями полей СА1-2 и отсутствие линейной зависимости в поле СА3 и зубчатой извилине (ЗИ) [8]. При аналогичном исследовании у людей с болезнью Альцгеймера было выявлено значимое уменьшение объемных показателей поля СА1, тогда как поля СА2-3 мало изменялись как в процессе старения, так и при патологии [9]. Таким образом, изучение структурных особенностей ГК у людей старших возрастных групп имеет большое значение для понимания механизмов «нормального» старения и его психопатологических вариантов [7, 10, 12]. Исходя из этого, цель настоящего исследования - изучение морфометрических показателей нейронов ГК человека в процессе старения. Материал и методы. Объектом исследования служили препараты ГК, полученные при аутопсии трупов 43 людей обоего пола в возрасте от 21 года до 92 лет, смерть которых не была напрямую связана с заболеваниями ЦНС (решение этического комитета №53 от 21.11.2005 г.). Материал для исследования предоставлен бюро судебномедицинской экспертизы №2 (Москва), областным бюро судебно-медицинской экспертизы и областным патологоанатомическим бюро (г. Челябинск). Взятие материала производили не позднее 24 ч с момента смерти. Исследовали 4 возрастные группы людей: I периода зрелого возраста (от 22 до 35 лет - мужчины; от 21 до 35 лет - женщины) (n=9); II периода зрелого возраста (от 36 до 60 лет - мужчины; от 36 до 55 лет - женщины) (n=12); пожилого возраста (от 61 до 74 лет - мужчины; от 56 до 74 лет - женщины) (n=12); старческого возраста (75 лет и старше) (n=10). Образцы ГК толщиной 0,5 см фиксировали в 10% нейтральном формалине. После стандартной гистологической обработки нейроны выявляли на срезах толщиной 10 мкм, окрашенных крезиловым фиолетовым. Для обзорного исследования препаратов, определения отдельных слоев, отделов и полей ГК, а также в качестве вспомогательной методики для выявления нейронов использовали окраску гематоксилином - эозином. Исследованы поля СА1 и СА3 собственно ГК и ЗИ на уровне средней части и ножки ГК. Особое внимание было обращено на пирамидный слой собственно ГК и зернистый (гранулярный) слой ЗИ. Под микроскопом Leica DMRXA (Leica, ФРГ) с помощью компьютерной программы анализа изображения ImageScope, Leica на каждом срезе определяли количество нейронов в 10 полях зрения в 0,01 мм3 и площади профильного поля (ППП) их тел. Результаты были обработаны при помощи стандартного пакета прикладных программ Statisica 6 for Windows. Различия изучаемых величин оценивали по t-критерию Стьюдента и считали значимыми при P<0,05. В качестве показателей статистической связи между изучаемыми параметрами рассчитывали коэффициенты линейной корреляции Пирсона (r) и коэффициент ранговой корреляции Спирмена (rs). Результаты исследования. Нейронный состав пирамидного слоя собственно ГК представлен в подавляющем большинстве пирамидными и корзинчатыми нейронами. Тела пирамидных нейронов имеют треугольную или овальную форму, их апикальный дендрит уходит в радиальный слой ГК. Количество нейронов в 0,01 мм3 в ГК человека на поздних этапах постнатального онтогенеза меняется с определенной закономерностью (таблица). Во всех изученных отделах ГК максимально количество нейронов в 0,01 мм3 определяется в I периоде зрелого возраста, а минимальное - в пожилом и старческом. Данный факт не является новым, однако, обращает на себя внимание гетеротопность и гетерохронность убыли нейронов. Этот процесс проявляется как в горизонтальном, так и в вертикальном направлении. В первом случае это касается количественных возрастных различий по отдельным полям и слоям ГК, во втором - особенностей изучаемых показателей на уровне средней части ГК и его ножки. Наибольшая плотность расположения пирамидных нейронов определяется в поле СА1 и значимо меньше на уровне его ножки (см. таблицу, P<0,05). Минимальные показатели количества пирамидных нейронов наблюдаются у людей старше 75 лет (рисунок, а, б). В поле СА1 их число у людей старческого возраста на 1/3 меньше аналогичных показателей у людей I периода зрелого возраста (P<0,05). В поле СА3 степень возрастной убыли плотности расположения нейронов несколько ниже, где их количество уменьшается лишь на ¼. Значимое снижение количества пирамидных нейронов на уровне средней части собственно ГК проявляется уже во II периоде зрелого возраста, относительно равномерно уменьшаясь в последующие возрастные периоды. На уровне ножки ГК количество нейронов в 0,01 мм3 мало изменяется в возрастном интервале 21-60 лет. Его статистически значимое снижение происходит у людей более старших возрастных групп (P<0,05). Зернистый слой ЗИ представлен нейронами, тело которых имеет округлую и овальную форму, а плотность расположения значительно выше, чем пирамидных нейронов в собственно ГК (см. рисунок, в, г). Количество нейронов в зернистом слое ЗИ превышает аналогичный показатель пирамидных нейронов в собственно ГК в 3-5 раз. При этом и степень возрастной убыли нейронов в зернистом слое ЗИ существенно ниже. В период с 21 года до 92 лет количество нейронов уменьшается на 21,5-21,9%. Во все изученные возрастные периоды плотность расположения нейронов в ЗИ на уровне средней трети ГК несколько выше, чем на уровне его ножки. Другим проявлением гетеротопности возрастных изменений следует считать тот факт, что в средней части ГК значимое уменьшение числа нейронов в зернистом слое ЗИ происходит уже во II периоде зрелого возраста, тогда как на уровне ножки - только у людей пожилого возраста. Последнее соотносится с онтогенетической динамикой количества пирамидных нейронов собственно ГК и подтверждается прямой корреляционной зависимостью количества нейронов в поле СА3 и в ЗИ на уровне средней части ГК (r=0,514; P<0,05). В контексте разновременности и разномерности уменьшения числа как пирамидных нейронов собственно ГК, так и нейронов зернистого слоя ЗИ, большой интерес представляют сведения о размерах нейронов (ППП). Более крупные пирамидные нейроны расположены в поле СА3, чем в ножке ГК. Размер тел нейронов в этом отделе превышает соответствующие показатели в поле СА1 в 1,12-1,55 раза (P<0,05). Значения ППП пирамидных нейронов в поле СА3 на уровне ножки доминируют над аналогичными показателями в поле СА1 во все изученные возрастные периоды. Большинство изученных отделов характеризуются гипертрофией нейронов в период от 36 до 74 лет, сменяющейся уменьшением размеров их клеток у людей старше 75 лет. Более лабильными в этом отношении являются параметры пирамидных нейронов на уровне средней части ГК, тогда как на уровне его ножки изменения зачастую имеют характер лишь статистически незначимой тенденции. Однако и в этом отделе ГК отчетливо проявляются увеличение размеров тел нейронов у людей старших возрастных групп (поле СА1) и их последующее уменьшение в старческом возрасте (поле СА3) (P<0,05). Стоит также отметить, что в поле СА1 у людей старше 75 лет размер нейронов остается значимо больше, чем у людей I периода зрелого возраста (на 18,3% - на уровне средней части и на 23,4% - на уровне ножки ГК) (P<0,05). Собственно в ГК наблюдается значимая обратная корреляционная зависимость между возрастным уменьшением количества пирамидных нейронов и увеличением их ППП, что наиболее отчетливо видно в поле СА1 на уровне ножки ГК. Средняя площадь сечения нейронов зернистого слоя ЗИ в 2-3 раза меньше, чем пирамидных нейронов (см. таблицу). Без существенных топических различий возрастная динамика этого показателя характеризуется увеличением у людей II периода зрелого возраста с последующим снижением в пожилом и старческом возрасте (см. таблицу). Обсуждение полученных данных. Обобщая полученные результаты, можно констатировать, что при старении в ГК человека происходит гетерохронная потеря нейронов, интенсивность которой различна на уровне средней его части и ножки. Степень возрастной убыли нейронов в ГК человека возрастает в направлении от ЗИ к полю СА3 и полю СА1. Это показывает аналогичность возрастных изменений морфофункционально тесно связанных структур, r=0,514 (P<0,05). Известно, что аксоны нейронов зернистого слоя ЗИ направляются к пирамидным нейронам именно поля СА3 [1]. При этом есть основание полагать, что центральную роль в обучении и памяти играют нейроны зернистого слоя ЗИ [11]. Ранее было показано, что при церебральном атеросклерозе у мужчин пожилого возраста наиболее значимые гистологические изменения отмечаются в молекулярном и пирамидном слоях полей СА1 и СА3, проявляясь уменьшением плотности расположения нейронов [3]. Исследования in vivo при помощи МРТ подтвердили снижение объемных показателей ГК на 14% каждые 10 лет в период от 65 до 85 лет, более выраженные в поле СА1 [9]. Именно ассоциированные с возрастом изменения на нейронном уровне могут служить морфологическим базисом снижения объемных размеров отдельных полей ГК и лежать в основе возрастных изменений когнитивных функций [8]. Признаком, который обусловливает индивидуальную вариабельность мозга, является показатель ППП нейронов. Изменения этого параметра определяют морфологические предпосылки индивидуальной психической деятельности человека [2]. При этом в большинстве отделов ГК наблюдается компенсаторное увеличение ППП нейронов в период с 36 до 74 лет, сменяющееся ее уменьшением у людей старше 75 лет. Принимая во внимание имеющуюся обратную корреляционную зависимость возрастных изменений данного параметра и количества нейронов (rs=-0,6; P<0,05), можно предположить, что гипертрофия нейронов - это адаптационный механизм, а нивелирование этой реакции у людей старческого возраста, наряду с уменьшением количества нейронов, свидетельствует об истощении компенсаторно-приспособительных возможностей ЦНС. Возрастное уменьшение количества нейронов в головном мозгу на фоне циркуляторной гипоксии можно рассматривать как запрограммированную гибель какого-то их числа. Таким путем, вероятно, может быть достигнут баланс между количественными характеристиками и функциональными возможностями капиллярного русла, с одной стороны, и количеством, активностью и метаболическими потребностями нейронов - с другой [5]. Одной из причин перечисленных морфологических изменений является оксидативный стресс [4, 6].

About the authors

S. Ye. Shemyakov

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: shemy-akov@mail.ru

V. N. Nikolenko

I. M. Sechenov First Moscow State Medical University

Email: vn.nikolenko@yandex.ru

K. D. Sarkisyan

Russian Scientific Center of Roentgenology and Radiology

Email: karsarik@rambler.ru

References

Supplementary files