THE ORGANIZATION OF PROJECTIONS OF MIDBRAIN LATERAL TEGMENTAL NUCLEI THE TO BRAIN BASAL GANGLIA IN DOGS

全文:

Латеральные ядра покрышки среднего мозга (вокругножковое - PPd, околопетлевое, ядро ручки заднего холмика) привлекают внимание неврологов [7], но сведения об их локализации в мозгу противоречивы [1, 4, 10]. В атласе мозга собаки [1] PPd обозначено дорсальнее основания ножки мозга и медиально от субталамического ядра, а в других атласах: мозга собаки [6], обезьяны [11], крысы [14] указано, что PPd располагается латерально от этого ядра, над основанием ножки мозга и вентральнее крупноклеточной части медиального коленчатого тела. Следует отметить, что уровни срезов мозга, на которых это ядро указано, не всегда совпадают у разных животных. Кроме PPd, на более каудальных уровнях протяжения медиального коленчатого ядра обозначены околопетлевое ядро и ядро ручки заднего холмика. В атласах мозга, в которых PPd не указано, именно последние ядра у кошки отмечены под медиальным коленчатым телом на всём его протяжении [5, 8]. К настоящему времени уже признано, что аналогом ядра ручки заднего холмика является PPd [4], к которому относят и самую каудальную область неопределённой зоны [16]. Исходя из этого, целесообразно рассматривать ядра, идентифицированные на разных уровнях срезов мозга, но в одной и той же области покрышки среднего мозга, как единый комплекс PPd. PPd, наряду с базальными ганглиями, которые, как известно [18], все связаны с патогенезом неврологических заболеваний, привлекает внимание клиницистов как возможная мишень, высокочастотная стимуляция которой способствует облегчению патологических симптомов у больных [7]. Для понимания механизма функционирования базальных ганглиев в норме и при их патологии были предложены многочисленные модели [15, 18]. Существенно облегчила понимание путей проведения функционально различной информации и её интеграции в мозгу модель, в основу которой было положено «сетевое» устройство мозга [19]. Впоследствии «сетевыми» признали наблюдаемые функционально различные расстройства у неврологических больных [18]. Они возникают при дисфункции не одного, а нескольких, составляющих сеть функциональных цепей, в состав которых входят базальные ганглии. Очевидно, что для определения функциональной специфичности расстройств и уточнения в сети полей, воздействие на которые уменьшит патологические симптомы, необходимо знание связей всех ядер cети, в том числе и латеральных ядер покрышки среднего мозга. Связи этих ядер с базальными ганглиями мало исследованы у животных и вообще не рассматривались у собаки. Цель настоящего исследования - уточнить анатомическую топографию ядер латеральной области покрышки среднего мозга и определить холинергическую природу их нейронов, а также изучить проекции этих ядер на функционально различные сегменты структур стриопаллидума, ножкомостового ядра и комплекса глубокого среднемозгового ядра мозга собаки. Материал и методы. Работа выполнена на 34 взрослых беспородных собаках в соответствии c «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (приложение к приказу № 755 от 12.08.1977 г. МЗ СССР). Операцию, как и перфузию, осуществляли под внутривенным наркозом - 2,5 мг/кг пропофола (Б. Браун Мельзунген АГ, Германия) после предварительного внутримышечного введения рометара (4 мг/кг). В качестве маркеров использовали 0,12-0,08 мкл 40% водного раствора пероксидазы хрена (ПХ) (Sigma, тип VI, США). В стерильных условиях по стереотаксическим координатам атласа [6] маркер вводили шприцем Гамильтона в функционально различные сегменты структур стриопаллидума - стриатум (хвостатое и прилежащее ядра, скорлупу) и паллидум (бледный шар, внутриножковое ядро, вентральный паллидум), а также в диффузную и компактную части ножкомостового ядра и подструктуры комплекса глубокого среднемозгового ядра. Спустя 48 ч после введения маркера, под глубоким наркозом производили перфузию головного мозга. Эту процедуру, а также последующую обработку мозга осуществляли по прописи [12], используя тетраметилбензидин для гистохимического выявления ПХ в телах нейронов. У каждого животного клетки, маркированные ПХ, в исследуемых структурах подсчитывали на каждом срезе мозга всей фронтальной серии и регистрировали те срезы, на которых было их максимальное число. Для анализа были отобраны животные с четкой локализацией инъецированных маркеров в структурах базальных ганглиев. Для уточнения анатомической топографии отдельных ядер латеральной покрышки среднего мозга был использован классический метод Ниссля c окраской крезиловым фиолетовым фронтальной серии целлоидиновых срезов мозга собаки. Для идентификации NADPH-диафоразо- (NADPH-d-) содержащих нейронов [17] в качестве фиксатора использовали охлажденный (4 ºС) 4% раствор параформальдегида на фосфатном буфере (pH 7,4), в котором после перфузии мозг оставляли на 1 сут. В течение следующих суток мозг отмывали от фиксатора в 15% растворе сахарозы (4 ºС) на фосфатном буфере. Далее серию замороженных фронтальных срезов в течение 30 мин при 37 ºС инкубировали в 0,1 M растворе Tris-HСl (pH 8,0), который содержал 1 ммоль β-NADPH-d, 15 ммоль натриевой соли яблочной кислоты, 0,2 ммоль нитросинего тетразолия (все использованные реактивы - фирмы Sigma, США). Затем срезы помещали на предметные стёкла, высушивали, проводили через этанол возрастающей концентрации, ксилол и заключали в канадский бальзам. Результаты исследования. На основании анализа срезов мозга собаки из атласа и срезов мозга, окрашенных в настоящем исследовании по Нисслю, составлена схема локализации исследуемых ядер латеральной покрышки среднего мозга (рис. 1). Дорсально к основанию ножки мозга и вентральнее латерального и медиального коленчатого ядер на более ростральных уровнях (13.0-11.0) находится каудальный отдел неопределённой зоны, на средних уровнях (10.0-8.0) вентральнее крупноклеточной части медиального коленчатого ядра - PPd и на более каудальных уровнях (7.0-5.0) - околопетлевое ядро и ядро ручки заднего холмика. Полученные данные о распределении меченых нейронов в латеральных ядрах покрышки среднего мозга при инъекции ретроградного маркера в структуры, входящие в морфофункциональную систему базальных ганглиев, представлены в таблице. У животных (см. таблицу, собаки № 1-6), которым вводили маркер в хвостатое ядро, меченые нейроны обнаруживались в PPd (рис. 2, а) и околопетлевом ядрах только при введении маркера в вентролатеральный сегмент этого ядра (см. таблицу, собака № 6). При инъекции маркера в дорсолатеральный, дорсомедиальный и вентральный сегменты хвостатого ядра меченых нейронов не было ни в одном исследуемом ядре. В следующей группе животных (см. таблицу, собаки № 7-8), которым инъецировали маркер в вентральную скорлупу, меченые нейроны были отмечены в PPd и околопетлевом ядрах (см. рис. 2, б), а у собак № 9-10 (см. таблицу) при введении маркера в дорсальную скорлупу, кроме этих ядер, ещё и в каудальном отделе неопределённой зоны. При введении маркера в медиальный сегмент прилежащего ядра (см. таблицу, собаки № 11-12) маркированных нейронов не было выявлено ни в одной из рассматриваемых структур. Когда маркер инъецировали в латеральный сегмент прилежащего ядра (см. таблицу, собаки № 13-14), меченые нейроны были обнаружены в околопетлевом ядре. У животных, которым вводили маркер в дорсальный сегмент бледного шара (см. таблицу, собаки № 15-16), а также в дорсальный и вентральный сегмент этого ядра (см. таблицу, собаки № 17-18), маркированные нейроны были выявлены в PPd и каудальном отделе неопределённой зоны. У собак № 19-20 (см. таблицу), которым маркер инъецировали во внутриножковое ядро, маркированные нейроны были обнаружены в каудальном отделе неопределённой зоны, в PPd, околопетлевом ядре и ядре ручки заднего холмика. При введении маркера в вентральный паллидум (см. таблицу, собаки № 21-22) в рассматриваемых среднемозговых ядрах меченых нейронов не было. Инъекция маркера в разные части ножкомостового ядра и комплекса ядер глубокого среднемозгового ядра вызывала неоднозначное мечение нейронов. При введении маркера в диффузную часть ножкомостового ядра у собак № 23-24 (см. таблицу) маркированные клетки были выявлены в каудальном отделе неопределённой зоны и ядре ручки заднего холмика, а при инъекции в компактную часть ножкомостового ядра (см. таблицу, собаки № 25-26), кроме этих ядер, меченые нейроны были обнаружены в PPd и околопетлевом ядре. У собак № 27-28 (см. таблицу), которым маркер вводили в клиновидное ядро, мечение нейронов наблюдали в PPd, околопетлевом ядре и ядре ручки заднего холмика. Когда маркер инъецировали в подклиновидное ядро (см. таблицу, собаки № 29-30), меченые нейроны были обнаружены в каудальном отделе неопределённой зоны, в PPd и околопетлевом ядре. При введении маркера в глубокое среднемозговое ядро (см. таблицу, собаки № 31-32) меченые клетки были выявлены только в каудальном отделе неопределённой зоны. Для выявления NADPH-d-позитивных нейронов в латеральных ядрах покрышки была применена гистохимическая обработка срезов. Собранные в группы и расположенные диффузно NADPH-d-позитивные нейроны были выявлены на всём протяжении PPd (см. рис. 2, в), в локализованных на более каудальных уровнях околопетлевом ядре и ядре ручки заднего холмика, а также в дорсолатеральной области каудального сектора неопределенной зоны. NADPH-d-позитивные нейроны в исследуемых ядрах среднего мозга, как и маркированные ПХ при введении её в структуры базальных ганглиев, варьировали по форме и размеру - от большого до среднего. Были отмечены веретеновидные, треугольные и многоугольные тела нейронов со слабоветвящимися дендритами и аксоном с малочисленными коллатералями. Обсуждение полученных данных. Анализируя полученные данные, можно видеть, что в стриатум идут в основном волокна от нейронов PPd и околопетлевого ядер. При этом они направлены во все сегменты скорлупы и лишь в отдельные сегменты других ядер стриатума. Так, лишь в вентролатеральный сегмент хвостатого ядра приходят волокна от нейронов PPd и околопетлевого ядер, в латеральный сегмент прилежащего ядра - волокна от нейронов околопетлевого ядра. Что касается паллидума, то в дорсальный и вентральный сегменты бледного шара направлены волокна от нейронов каудального отдела неопределённой зоны и PPd, а во внутриножковое ядро, кроме этих ядер, и от нейронов ядра ручки заднего холмика. В вентральный паллидум волокна нейронов ни от одного из рассматриваемых ядер не приходят. Волокна от нейронов всех рассматриваемых ядер покрышки среднего мозга достигают только компактной части ножкомостового ядра, а диффузной - только каудального отдела неопределённой зоны. В клиновидное ядро направлены волокна от нейронов PPd, околопетлевого ядра и ядра ручки заднего холмика, а в подклиновидное ядро - каудального отдела неопределённой зоны, PPd и околопетлевого ядра. В глубокое мезенцефалическое ядро поступают только волокна от нейронов каудального отдела неопределённой зоны. Учитывая данные о функциональной неоднородности отдельных сегментов ядер базальных ганглиев [2, 3], можно сделать вывод, что исследуемые ядра среднего мозга вовлечены в функционально различные цепи. Они иннервируют моторные или лимбические области скорлупы, бледного шара, клиновидного и подклиновидного ядра, которые имеют преобладающие связи с моторными или лимбическими мозговыми ядрами, а также области хвостатого и прилежащего ядер, внутриножкового ядра, компактную часть ножкомостового ядра, получающие проекции от функционально различных структур. Установленные проекции исследованных среднемозговых ядер на базальные ганглии являются возвратными, посредством которых, как признано, осуществляются взаимодействие функционально различных кругов и селекция необходимого в данный момент поведенческого акта [15]. Проекции исследуемых ядер на базальные ганглии у собаки ранее лишь упоминались при изучении связей других ядер. В единственной работе [4], специально посвященной связям PPd у крысы, продемонстрированы проекции этого ядра на вентральную область каудатопутамена, бледный шар, клиновидное ядро и компактную часть ножкомостового ядра. Кроме проекций отдельных ядер комплекса PPd на перечисленные структуры у собаки в настоящем исследовании установлены проекции на прилежащее, внутриножковое, диффузную часть ножкомостового, подклиновидное ядра. Рассмотрена также пространственная организация связей латеральных ядер покрышки с функционально различными областями базальных ганглиев, на важность изучения которой обращали внимание, поскольку это представляет интерес при создании сетевых моделей функционирования мозга [9]. Ранее существование сети было обосновано в одной из моделей функционирования мозга [19], согласно которой нейроны в мозгу разделяются на «глобальные» и «серийные», которые различаются по химическим, анатомическим и физиологическим характеристикам. Автор показал, что «глобальные» холинергические нейроны, взаимосвязанные реципрокно между собой, образуют непрерывную сеть, которая распространяется от базальных ганглиев до спинного мозга и функционирует как единое целое, интегрируя сенсорную информацию, получаемую от «серийных» нейронов. К «глобальному» типу относятся нейроны базальных ганглиев, холинергическая природа которых известна [13]. Убедительным аргументом существования глобальной сети являются данные, полученные в результате настоящего исследования. Выявленные NADPH-d-позитивные нейроны в латеральных ядрах покрышки являются холинергическими, поскольку установлено, что NADPH-d является их селективным маркером [17]. Морфологическая характеристика нейронов этих ядер, продемонстрированная в настоящем исследовании, позволяет отнести их к «изодендритическим» [19]. Можно полагать, что они являются «глобальными» и, вместе с «глобальными» нейронами базальных ганглиев, на которые проецируются, образуют глобальную сеть, а идентифицированные в этих ядрах нейроны с треугольным и многоугольным телом со слабоветвящимися дендритами и аксоном с малочисленными коллатералями относятся к «серийным» нейронам. Особый интерес представляет признание глобальной сети для неврологов, поскольку установлено, что преимущественно её нейроны ответственны за патологические симптомы, наблюдаемые при неврологических заболеваниях. К сожалению, пока не удалось получить четких клинических данных об улучшении состояния больных при стимуляции только одного PPd, но значительные улучшения наблюдали у людей с болезнью Паркинсона, когда одновременно с PPd стимулировали ядра базальных ганглиев [7]. Полученные данные могут помочь при выборе более адекватных мишеней для хирургического или электрофизиологического воздействия на них с целью получения лучших эффектов при лечении патологических симптомов.

作者简介

A. Gorbachevskaya

I. P. Pavlov Institute of Physiology

Email: aig@infran.ru
Laboratory of Physiology of Higher Nervous Activity

参考

补充文件