Морфометрические показатели структурной гетерогенности черной субстанции мозга мужчин и женщин пожилого возраста

Значительное внимание в настоящее время уделяется изучению ассоциированных с пожилым возрастом заболеваний, в связи с тем что доля пожилых людей в структуре возрастного состава населения экономически развитых стран неуклонно возрастает [1, 2]. Одним из наиболее распространенных заболеваний нервной системы, ассоциированных с пожилым возрастом, является болезнь Паркинсона (БП) [3], клинические проявления которой во многом связаны с избирательной гибелью дофаминергических нейронов компактной части черной субстанции (ЧСК) [4, 5]. Согласно литературе, мужчины чаще болеют БП, чем женщины [6]. В большинстве исследований, посвященных изучению количественных изменений нейронов и нейроглии в ЧСК при БП, проводится сравнение параметров указанных клеточных структур у лиц с БП и неврологически здоровых субъектов [7]. В то же время возрастные и гендерные морфометрические особенности нейронов и нейроглии в ЧСК как у неврологически здоровых лиц, так и у лиц с БП изучены явно недостаточно [8].

Цель работы — определить количественные характеристики клеточных структур ЧСК мозга неврологически здоровых лиц (мужчин и женщин) пожилого возраста.

Аутопсийный материал головного мозга брали у лиц, не страдавших неврологическими расстройствами (5 мужчин и 5 женщин в возрасте от 72 до 87 лет), и фиксировали в 10% формалине, затем дегидратировали и заключали в парафиновые блоки, которые на уровне ЧСК раскладывали на фронтальные срезы толщиной 10 мкм и окрашивали по методу Ниссля. Иммуногистохимически выявляли дофаминовые нейроны, используя поликлональные антитела к тирозингидроксилазе в разведении 1:1500, и астроцитарную нейроглию, применяя реакцию с моноклональными антителами (1:200) на кислый глиофибриллярный белок (GFAP). В качестве хромогена использовали 3,3-диаминобензидин с хлоридом кобальта. Иммуногистохимические реакции выполняли согласно протоколу фирмы «Sigma-Aldrich» (Германия). Морфометрию препаратов проводили на микроскопе Leica DMLB, оснащенном цифровой камерой и программой анализа изображений Leica QWin. Для определения плотности расположения нейронов (Мнейр) и нейроглии (Nгл) в дорсальной и вентральной области ЧСК вначале подсчитывали их количество в поле зрения микроскопа (об. 40, ок. 10), изучая не менее 30 полей зрения, а затем пересчитывали их число на площади, равной 0,01 мм². Аналогичным методом определяли в ЧСК плотность расположения нервных клеток, содержавших тирозингидроксилазу (Мнейртн+). Глиальный индекс (I) находили как отношение плотности расположения нейроглии к плотности расположения нейронов. Площади тел нервных клеток (Sнейр) и их ядер (Sя) измеряли при увеличении (об. 100, ок. 10), объем выборки в каждом случае составлял не менее 100 клеток. Статистическую обработку результатов выполняли, используя пакет прикладных программ BioStat 2009, при помощи t-критерия Стьюдента. Дополнительно для каждого из изученных морфометрических показателей рассчитывали коэффициент вариации по общепринятой формуле CV = SD/M⋅100%, где CV — коэффициент вариации показателя, SD — стандартное отклонение, M — среднее значение.

Проведенное исследование показало, что на серийных фронтальных срезах черная субстанция прослеживалась на всем протяжении среднего мозга человека. Она выявлялась в виде продольного тяжа, изогнутого в дорсолатеральном направлении, и располагалась между красным ядром и основанием ножек мозга. В ней выделялись две зоны: густоклеточная — компактная часть (ЧСК), и редкоклеточная — ретикулярная. В ЧСК различали две области скопления нейронов: одна из них, более широкая, локализовалась вентрально, другая — дорсально. В пределах каждой области нейроны располагались группами (рис. 1). Основную часть клеточной популяции в ЧСК составляли крупные нейроны овальной, треугольной и полигональной формы с большим числом отростков и цитоплазмой, в разной степени заполненной гранулами нейромеланина (рис. 2, а). В большинстве нервных клеток обнаруживали интенсивную экспрессию тирозингидроксилазы (см. рис. 2, б). GFAP-позитивную астроцитарную нейроглию выявляли преимущественно за пределами областей скопления нейронов (см. рис. 2, в).

Морфометрическое исследование позволило обнаружить, что у лиц пожилого возраста (мужчин и женщин) плотность расположения нейронов в вентральной области ЧСК значительно выше, чем в дорсальной (табл. 1). В то же время величина показателя плотности расположения нейроглии в вентральной области ЧСК превосходила величину аналогичного показателя в дорсальной области достоверно, но не столь значительно (см. табл. 1). В связи с этим I у лиц пожилого возраста в вентральной области ЧСК был ниже, чем в дорсальной (см. табл. 1).

При сравнении плотности расположения нейроглии у мужчин и женщин обнаружили, что у женщин она выше, чем у мужчин, как в дорсальной, так и в вентральной области ЧСК (см. табл. 1). Учитывая, что плотность расположения нейронов в соответствующих областях ЧСК у мужчин и женщин существенно не различалась, I у женщин был выше, чем у мужчин. Наиболее отчетливые отличия этого показателя обнаруживали в вентральной области ЧСК (см. табл. 1).

При измерении площади тел нейронов и их ядер выявили, что у мужчин в вентральной области ЧСК клетки крупнее, чем в дорсальной, а у женщин в исследуемых областях их размеры существенно не различались (табл. 2).

При сравнении у мужчин и женщин размеров нервных клеток в структурах ЧСК обнаружили, что у женщин нейроны крупнее, чем у мужчин в дорсальной области ЧСК, в то время как в ее вентральной области размеры нервных клеток у мужчин и женщин существенно не различались (см. табл. 2). Ядра нейронов у женщин крупнее, чем у мужчин в дорсальной области ЧСК, а в ее вентральной области размеры ядер нервных клеток у мужчин и женщин существенно не различались (см. табл. 2).

Определение вариабельности изученных морфометрических параметров нейроглиальных структур ЧСК позволило обнаружить и у мужчин, и у женщин высокую изменчивость вариационных рядов (CV >20%) значений таких показателей, как Мнейр, Sнейр и Sя (табл. 3). При сопоставлении коэффициентов вариации этих показателей выявили, что у женщин в дорсальной области ЧСК по сравнению с вентральной показатель плотности расположения нейронов более вариабельный, чем аналогичный показатель у мужчин (см. табл. 3).

Проведенное исследование позволило выявить количественные морфометрические различия между нейронными структурами вентральной и дорсальной области ЧСК у лиц пожилого возраста. В вентральной области показатели Мнейр и Мнейртн+ выше, чем в дорсальной. Кроме того, у мужчин нейроны вентральной области ЧСК достоверно отличались от нейронов дорсальной области как большими размерами тел, так и ядер нервных клеток.

По данным литературы, при физиологическом старении убыль нейронов в вентральной области ЧСК происходит медленнее, чем в дорсальной области [7]. В то же время при БП потеря нервных клеток в сегментах вентральной области ЧСК регистрируется в большей степени, чем в сегментах дорсальной области ЧСК [9, 10]. Следовательно, патологический процесс при БП значительно ускоряет дегенерацию нейронов, в первую очередь в вентральной области ЧСК, которая у неврологически здоровых пациентов характеризуется более крупными нервными клетками (у мужчин) и более высокой плотностью их расположения по сравнению с дорсальной областью.

Кроме того, сопоставление нейроглиальных взаимоотношений между областями ЧСК показало, что по сравнению с дорсальной областью величина I в вентральной области ниже, что в условиях патологии, по-видимому, может способствовать более быстрому избирательному поражению нейронов именно в этой области, учитывая тесную структурно-функциональную связь между нейронами и нейроглией [11]. Наряду с этим обнаруженное нами значительное отставание величины I в вентральной области у мужчин по сравнению с женщинами (на 21%) может, очевидно, объяснять тот факт, что женщины заболевают БП реже, чем мужчины.

Сравнительное морфометрическое исследование клеточных структур компактной части черной субстанции, проведенное на аутопсийном материале мозга неврологически здоровых мужчин и женщин пожилого возраста, умерших от интеркуррентных заболеваний, позволило обнаружить количественные различия между ее областями (вентральной и дорсальной) по таким показателям, как плотность расположения нейронов, площадь их тел и ядер (у мужчин) и величина глиального индекса. Сопоставление структур компактной части черной субстанции мозга мужчин и женщин показало, что по сравнению с мужчинами у женщин в дорсальной области нейроны крупнее, а вариабельность показателя плотности их расположения и величина глиального индекса у них выше, чем у мужчин. Установленные гендерные различия в структурной организации черной субстанции свидетельствуют о том, что дорсальная область этого образования мозга у женщин более устойчива к инволютивной трансформации. Кроме того, выявленная в настоящей работе как у женщин, так и у мужчин высокая гетерогенность структур компактной части черной субстанции мозга может обусловливать поражение в первую очередь нейронов вентральной области этого образования мозга при БП.

Таким образом, учитывая, что в настоящее время причины прогрессирующей избирательной гибели нейронов в компактной части черной субстанции мозга при болезни Паркинсона остаются не выясненными, проведенное нами исследование может внести существенный вклад в понимание этиологии и патогенеза этого заболевания.

Участие авторов:

Концепция и дизайн исследования: В.Н.С., Р.М.Х., Д.Н.В.

Сбор и обработка материала: В.Н.С., Н.С.Н., Д.Н.В.

Статистическая обработка: В.Н.С., Н.С.Н.

Написание текста: В.Н.С.

Редактирование: Р.М.Х.

Конфликт интересов отсутствует.