Морфологические изменения нейронов и нейроглии в головном мозге быстро стареющих мышей линии SAMP1

Популяция лиц старших возрастных групп (от 80 лет и старше) на протяжении двух последних десятилетий существенно увеличилась как в Российской Федерации [1], так и за рубежом [2]. Подобные демографические изменения привели к снижению доли трудоспособного населения и увеличению затрат на здравоохранение и обеспечение социальных льгот [3]. В связи с этим в настоящее время изучению медико-биологических аспектов старения уделяется значительное внимание.

В современной литературе термином «старение» обозначают два процесса: физиологическое старение (не сопровождающееся болезнями) и старение, связанное с ассоциированными с возрастом заболеваниями (рак, остеопороз, сахарный диабет, болезни Альцгеймера, Паркинсона и др.) [4, 5]. Для изучения этих процессов используют различные виды лабораторных животных: мышей, крыс, морских свинок, кроликов, кошек и макак. Наиболее адекватные модели старения были воспроизведены на линиях мышей с ускоренным старением (SAMP) и устойчивых к ускоренному старению (SAMR) [6]. Мыши линий SAMP по сравнению с мышами линии SAMR1 (контроль) склонны к различным формам ассоциированных с возрастом заболеваний: сенильный амилоидоз (SAMP1, SAMP2, SAMP10, SAMP11), катаракта (SAMP2 и SAMP9), остеопороз (SAMP6), нарушение когнитивных функций и памяти (SAMP8, SAMP10) [7]. Вместе с тем данных о выявлении ассоциированных с возрастом заболеваний нервной системы у мышей линии SAMP1 в доступной литературе мы не нашли. В то же время показано, что старение не оказывает избирательного влияния на функции ЦНС этой линии мышей [8].

Цель работы - сравнить морфометрические показатели нейронов и нейроглии в функционально различных слоях сенсомоторной коры у линии быстро стареющих мышей (SAMP1) и устойчивых к старению (SAMR1).

Исследовали две линии инбредных мышей в возрасте 10 мес: мышей SAMP1, склонных к ускоренному старению (n=6), и мышей SAMR1, устойчивых к старению (n=7). Животных декапитировали под легким эфирным наркозом, их мозг фиксировали в 4% формалине, подвергали стандартной гистологической обработке и заключали в парафиновые блоки, которые раскладывали на срезы толщиной 7 мкм. При работе с животными руководствовались положениями приказа Минздрава СССР №755 от 12.08.77 («Правила проведения работ с использованием экспериментальных животных»).

Срезы сенсомоторной области коры головного мозга окрашивали по Нисслю крезиловым фиолетовым, исследовали визуально под микроскопом и проводили морфометрическое исследование структур мозга на микроскопах «Carl Zeiss» (модель Jenaval) и «Leica» (модель DMLB), оснащенных цифровыми видеокамерами и программами компьютерного анализа видеоизображений (Image G и Leica QWin). Использовали методику количественной оценки нейронов и нейроглии при помощи компьютерной морфометрии [9].

В слоях III и V сенсомоторной коры измеряли (в мкм²) площади тел, ядер и цитоплазмы нейронов, используя увеличение микроскопа (об. ×100, ок. ×10). В каждом слое корковой пластинки у каждого животного исследовали не менее 300 клеток.

Кроме того, в слоях III и V сенсомоторной коры при том же увеличении микроскопа (об. ×100, ок. ×10) определяли плотность расположения нейронов и нейроглии, подсчитывая в поле зрения микроскопа (0,006 мм²) число нервных и глиальных клеток (в каждом слое корковой пластинки у каждого животного исследовали не менее 30 полей зрения), и вычисляли глиальный индекс (отношение числа глиоцитов к числу нейронов), который определяли по общепринятой формуле

I=Nгл/Мнейр,

где: I - глиальный индекс; Nгл - плотность расположения нейроглии; Мнейр - плотность расположения нейронов.

Полученные данные обрабатывали статистически, используя U-критерий Манна-Уитни, с помощью программы Statistica 6.0.

Проведенная работа показала, что в основных слоях (III и V) сенсомоторной коры у линии быстро стареющих мышей SAMP1 площади тел, ядер и цитоплазмы нейронов (табл. 1)

В то же время при определении плотности расположения нейронов и нейроглии в исследуемых слоях сенсомоторной коры (число клеточных элементов, подсчитываемых в поле зрения микроскопа) обнаружили, что (табл. 2)

Изменения плотности расположения нейронов и нейроглии, выявленные у быстро стареющих мышей, влияли на величину глиального индекса, характеризующего отношение между числом глиальных клеток и нейронами, который у быстро стареющих мышей по сравнению с контрольной группой увеличился на 36 и 24% соответственно в слоях III и V (см. табл. 2).

Следовательно, у быстро стареющих мышей в ответ на снижение плотности расположения нейронов в коре головного мозга плотность нейроглии или несколько возрастала, на 14% (значимо) как в слое III, или оставалась без изменений как в слое V (но в слое V ее показатели были выше, чем в слое III), а в результате изменений соотношения между нейронами и нейроглией у быстро стареющих мышей менялись величины глиального индекса в структурах неокортекса с преобладанием доли глиальных клеток над числом нейронов.

Если сравнивать у мышей исследуемых линий плотность расположения нейронов и нейроглии между этажами коры, т.е. между верхним, к которому относят слой III, представленный пирамидными нейронами ассоциативного типа, и нижним этажом - слой V, содержащий проекционно-эфферентные нейроны, то выясняется, что плотность расположения нейронов между этажами коры у исследуемых животных резко отличается. В нижнем этаже коры по сравнению с верхним плотность расположения нейронов у контрольных мышей была на 44% меньше, а у быстро стареющих животных - на 47% меньше.

По сравнению с нейронами плотность расположения нейроглии между этажами коры имела обратную зависимость. В нижнем этаже показатели плотности нейроглии превышали значения верхнего этажа на 29% у контрольных мышей и на 13% у быстро стареющих животных.

Глиальный индекс нижнего этажа коры также превышал значения верхнего этажа: у контрольной группы SAMR1 в 2,3 раза и у быстро стареющих мышей SAMP1 в 2,1 раза.

Следовательно, сравнительная морфометрия клеточных структур мозга у линии быстро стареющих мышей SAMP1 и мышей, устойчивых к старению, SAMR1 показала, что моделируемые процессы физиологического старения не влияли на размеры тел нейронов сенсомоторной коры и величины их клеточных компонентов - ядра и цитоплазмы, но проявлялись в умеренном снижении от 17 до 20% плотности расположения нейронов по всему поперечнику коры и в небольшом увеличении плотности расположения нейроглии. В результате чего глиальный индекс в структурах коры у быстро стареющих мышей увеличивался на одну треть и более по сравнению с контрольной группой. Однако эти изменения глиального индекса не влияли существенно на баланс межклеточных отношений между верхним и нижним этажом коры, представляющим соответственно популяции ассоциативных и проекционно-эфферентных нейронов, головного мозга быстро стареющих мышей, так как показатели плотности нейроглии в слое V у этих животных и животных, составляющих контрольную группу, имели равные величины и были выше, чем в слое III. В результате глиальный индекс в слое V нижнего этажа коры как у одной, так и другой линии животных в 2 раза с лишним превышал значения слоя III.

Результаты, полученные нами при морфометрии тел нейронов и их ядер (отсутствие изменений размера нейронов в сенсомоторной коре мышей линии SAMP1 по сравнению с контролем), сходны с данными исследователей, показавших, что в коре больших полушарий мозга макак-резусов при старении площадь и периметр тел нейронов снижались незначительно [10]. Вместе с тем в работах других авторов показано достоверное уменьшение размера нейронов при старении [11], причем как площади тел нервных клеток [12], так и их отростков [13]. Подобное противоречие, вероятно, может быть обусловлено не только разницей в методических подходах, но и неоднородностью критериев включения животных в исследование: разные виды животных, отличия в возрастных параметрах и др.

Наряду с этим в литературе нет единого мнения об изменении числа нейронов в коре головного мозга при физиологическом старении. По одним данным, количество нейронов в коре головного мозга с возрастом не меняется либо снижается незначительно [14], по другим - потеря нейронов, связанная со старением, весьма существенна и, например, в префронтальной коре приматов может составлять до 30% [15]. Полученные нами данные продемонстрировали умеренное снижение числа нейронов, подсчитанное на единицу площади, в основных функционально значимых слоях (III и V) сенсомоторной коры у быстро стареющих мышей линии SAMP1 по сравнению с аналогичным показателем у мышей линии SAMR1, устойчивых к старению.

Выявленные нами изменения показателя плотности расположения нейроглии в сенсомоторной области коры у быстро стареющих мышей линии SAMP1 коррелировали c данными исследователей, изучавших этот показатель в головном мозге быстро стареющих мышей линии SAMP8 [16] и мозге человека [17]. Очевидно, увеличение этого показателя могло быть связано с компенсаторной реакцией, характеризующей усиление поддерживающей функции нейроглии при физиологическом старении. Об этом же свидетельствует и установленное нами увеличение глиального индекса в слоях III и V корковой пластинки у быстро стареющих мышей линии SAMP1 по сравнению с аналогичным показателем у мышей линии SAMR1, устойчивых к старению.

Таким образом, можно предположить, что при физиологическом старении структурно-функциональная характеристика нейронов коры больших полушарий не претерпевает существенных изменений, а происходят изменения в соотношении ее клеточных элементов. Эта перестройка сводится к тому, что наряду с небольшим уменьшением количества нейронов в функционально значимых слоях коры (III и V) число нейроглии остается неизменным или даже несколько увеличивается, как в слое III.

В целом это меняет глионейрональные отношения за счет увеличения глиального индекса, указывающего на активизацию нейроглии при поддержке функции нейронов в мозге быстро стареющих животных. Эти же процессы позволяют сохранить баланс межклеточных отношений между нейронами ассоциативного (слой III) и проекционно-эфферентного типа (слой V), составляющих основу верхнего и нижнего этажей коры.