Уранова Н.А.

Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Коломеец Н.С.

Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Вихрева О.В.

Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Зимина И.С.

Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Рахманова В.И.

Научный центр неврологии РАМН, Москва

Орловская Д.Д.

Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Ультраструктурная патология миелиновых волокон при шизофрении

Журнал: Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2013;113(9): 63-69

Просмотров : 7

Загрузок :

Как цитировать

Уранова Н. А., Коломеец Н. С., Вихрева О. В., Зимина И. С., Рахманова В. И., Орловская Д. Д. Ультраструктурная патология миелиновых волокон при шизофрении. Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2013;113(9):63-69.

Авторы:

Уранова Н.А.

Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Все авторы (6)

Шизофрения на клиническом уровне характеризуется диссоциацией психических процессов, чему соответствуют данные о нарушении функционирования синаптических связей между различными структурами мозга. Благодаря использованию методов функциональной магнитно-резонансной томографии удалось установить, что характеризующие шизофрению расстройства обусловлены в первую очередь нарушениями связей префронтальной коры [24], в частности с гиппокампом и стриатумом [6, 23, 37, 39]. В последнее время появились многочисленные доказательства того, что морфологическим субстратом этих изменений могут быть как нарушения численной плотности и ультраструктуры синаптических контактов [3, 29, 44, 45], так и повреждения миелиновых волокон (МВ) и миелинобразующих олигодендроцитов [2, 46], что приводит к нарушениям проведения нервного импульса по аксону и их синхронизации. Первые доказательства ультраструктурных повреждений МВ и олигодендроцитов в мозге при шизофрении были получены в нашей лаборатории [46]. При молекулярно-генетических исследованиях были выявлены нарушения экспрессии генов олигодендроцитов и миелина при шизофрении [13, 43]. В многочисленных нейровизуализационных исследованиях главным образом с использованием диффузионно-тензорной томографии было показано снижение фракционной анизотропии в белом веществе, в частности префронтальной коре и своде мозга, и установлена связь этих изменений с симптомами болезни [24, 40, 41, 53].

Префронтальная кора имеет тесные связи с гиппокампом [36]. В свою очередь хвостатое ядро связано с префронтальной корой [11, 22] и является частью кортико-стриато-таламокортикальных путей, нарушенных при шизофрении [4, 17, 22]. Ранее [1, 46, 48] нами были показаны ультраструктурные изменения МВ в префронтальной коре, хвостатом ядре и гиппокампе при шизофрении.

Цель настоящей работы - установление сходства, различий и возможной связи патологии МВ в указанных структурах мозга.

В статье представлены результаты количественного исследования численной плотности МВ и пропорции патологически измененных МВ в префронтальной коре, гиппокампе и хвостатом ядре при шизофрении.

Материал и методы

Исследование проведено на коллекции мозговых структур аутопсийного мозга лаборатории клинической нейроморфологии (рук. - докт. мед. наук Н.А. Уранова) Научного центра психического здоровья РАМН.

Группа шизофрении (основная) включала 25 случаев. Диагностику шизофрении при жизни проводили по МКБ-10. В эту группу вошли 10 случаев шизофрении с непрерывным типом течения (рубрика F20.00), 9 - c приступообразно-прогредиентным (F20.01), 3 - с кататонической шизофренией (F20.21), 4 - с недифференцированной (F20.30, F20.31), 1 - с гебефренической (F20.10) и 1 - с неуточненной формой (F20.98).

Контрольная группа состояла из 25 случаев смерти лиц без психической патологии. Характеристика обеих групп дана в таблице.

Из нее видно, что группы не различались по возрасту больных, длительности постмортального интервала. Причины смерти в них также были сходными: инфаркт миокарда, тромбоэмболия легочной артерии, пневмония, ишемическая болезнь сердца, острая сердечно-сосудистая недостаточность. Для учета возможного влияния в случаях шизофрении нейролептической терапии на исследованные параметры использовали такой показатель, как хлорпромазиновый эквивалент [14].

Для целей клинико-патологического сравнения были выделены три клинические подгруппы, различающиеся по типу течения шизофрении: с непрерывным, приступообразно-прогредиентным течением и все остальные.

Предварительно (до электронномикроскопического исследования) было проведено нейрогистологическое изучение всех образцов мозговой ткани для исключения признаков нейродегенеративных и сосудистых заболеваний.

Была изучена ультраструктура ткани префронтальной коры (полюс поля 10, слой 5), центральной части головки хвостатого ядра и поля СА3 гиппокампа (пирамидный слой). Для каждого случая кусочки ткани брали из левого полушария, фиксировали погружением в смесь растворов 2,5% глутаральдегида и 4% параформальдегида на 0,1М фосфатном буфере в течение 1 нед. Из фиксированной ткани через все слои коры перпердикулярно поверхности, из центральной части головки хвостатого ядра и поля СА3 гиппокампа вырезали кусочки толщиной 0,5 мм, промывали в фосфатном буфере, дофиксировали осмием 1 ч, дегидратировали и заливали в эпоксидную смолу аралдит. Полутонкие срезы (1 мкм), окрашенные метиленовым синим, использовали для ориентации в слоях коры, гиппокампа и ткани хвостатого ядра. Использовали три случайно выбранных блока ткани из каждой исследованной структуры мозга. Ультратонкие срезы собирали на медные бленды, покрытые подложкой из формвара и стабилизированные углеродным напылением. Ультратонкие срезы окрашивали водным раствором уранилацетата и раствором цитрата свинца и просматривали с помощью электронных микроскопов Philips-420 (Голландия) и JEM-100B (Япония).

Морфометрическое исследование проводили слепым методом. Оценивали численную плотность МВ в единице площади ткани и пропорцию патологических МВ в слое V префронтальной коры (поле 10), головке хвостатого ядра и пирамидном слое гиппокампа (поле СА3). Применяли систематический случайный отбор в зоне миелиновых волокон. Фотографии получали при увеличении ×4000. Негативы микрофотографий увеличивали в 8 раз и подсчитывали общее число МВ и патологических МВ. Критерии различных типов патологических МВ описаны в разделе «Результаты».

Численную плотность МВ (NМВ) вычисляли по формуле: σNМВ/A, где NМВ - число МВ на негатив, А - площадь негатива.

Размер обследованной площади (в мм2) в контроле составлял 0,37 в хвостатом ядре, 0,36 в префронтальной коре и 0,37 в гиппокампе, а в группе шизофрении - 0,34 в хвостатом ядре, 0,36 в префронтальной коре и 0,38 в гиппокампе. Среднее число подсчитанных волокон на один случай составляло в контрольной группе (M±SD) 1166,7±358,6 в хвостатом ядре, 1664,3±605 в префронтальной коре и 833,4±255,2 в гиппокампе, а в группе шизо­френии соответственно 833,4±255,2, 1559,9±572,7 и 801,6±297,9.

Статистический анализ проводили с помощью пакета Statistica 6. Нормальность распределения оцениваемых параметров в группах тестировали по критерию Колмогорова-Смирнова. Для групповых сравнений использовали однофакторный дисперсионный анализ. Сравнение клинических подгрупп проводили с помощью однофакторного дисперсионного анализа с контрольной группой и тремя подгруппами. Для выявления возможного влияния возраста, постмортального интервала и хлорпромазинового эквивалента, длительности болезни, возраста больных к началу заболевания применяли корреляционный анализ Пирсона. Влияние пола оценивали с помощью двухфакторного дисперсионного анализа. Для установления взаимосвязей между пропорциями патологических миелиновых волокон в исследованных структурах мозга применяли корреляционный анализ Пирсона.

Результаты

Качественное электронномикроскопическое исследование показало хорошую сохранность ультраструктуры МВ как в контрольных образцах, так и случаях шизофрении, что позволило выявить три основных типа ультраструктурной патологии МВ (рис. 1).

Рисунок 1. Ультраструктура миелиновых волокон в префронтальной коре (слой 5) в контроле (а) и при шизофрении (б). Тонкая стрелка - патология миелиновых волокон 1-го типа, толстые стрелки - 2-го типа и * - 3-го. Масштаб - 2 мм. Объяснение в тексте.
МВ 1-го типа характеризовались локальным выпячиванием мембран миелиновой оболочки наружу, в прилежащий к этому МВ отросток астроцита. МВ 2-го типа отличались локальным выпячиванием части оболочки МВ внутрь волокна, в периаксональный отросток олигодендроцита. Иногда связь таких выпячиваний с миелиновой оболочкой отсутствовала, и тогда внутри МВ были видны лишь миелиноподобные структуры. Изменения МВ 3-го типа характеризовались набуханием периаксонального отростка олигодендроцита, резким уменьшением диаметра аксона и смещением его к периферии волокна. Все три типа повреждений МВ встречались как в контроле, так и при шизофрении. Важно, что они наблюдались в волокнах разного калибра - мелких, средних и крупных.

При количественном анализе не было выявлено межгрупповых различий по численной плотности МВ, а также пропорции патологических МВ 1-го типа во всех исследованных структурах (p>0,2). Пропорция МВ 2-го типа была достоверно выше только в префронтальной коре при шизофрении по сравнению с контролем: F (1,48)=13,82, p<0,001 (на 63%) (рис. 2).

Рисунок 2. Пропорции патологических волокон 1-го (а), 2-го (б) и 3-го (в) типов в хвостатом ядре, префронтальной коре и гиппокампе в контроле и при шизофрении. По оси ординат - процент патологических волокон. Звездочкой обозначено p<0,05.
Пропорция МВ 3-го типа была достоверно выше в группе шизофрении по сравнению с контролем в префронтальной коре: F (1,48)=36,4, p<0,0001 (в 16 раз), хвостатом ядре: F (1,48)=12,2, p<0,01 (в 5 раз) и гиппокампе: F (1,48)=14,9, p<0,001 (на 270%) (см. рис. 2).

Пропорция МВ 1-го и 3-го типов, а также всех типов патологических МВ в префронтальной коре и МВ 2-го типа в хвостатом ядре достоверно положительно коррелировала с возрастом больных к периоду начала заболевания (рис. 3).

Рисунок 3. Корреляция пропорций патологических миелиновых волокон в префронтальной коре и хвостатом ядре с возрастом начала болезни. По оси абсцисс - возраст больных к периоду начала болезни.
Показана достоверная позитивная корреляция пропорции МВ 3-го типа в префронтальной коре с хвостатым ядром и гиппокампом в контроле и группе шизофрении (рис. 4).
Рисунок 4. Корреляция пропорций патологических миелиновых волокон 3-го типа в префронтальной коре (по оси абсцисс) с хвостатым ядром и гиппокампом в контроле и при шизофрении.

Анализ клинических подгрупп показал, что в префронтальной коре в отличие от других исследованных структур мозга суммарная пропорция всех типов патологических МВ достоверно выше в подгруппе шизофрении с приступообразно-прогредиентным течением по сравнению с подгруппой с непрерывнотекущей шизофренией: F (1,17)=5,4 (p=0,03). Других различий между клиническими подгруппами выявлено не было.

При корреляционном анализе не было выявлено связи оцениваемых морфологических показателей с постмортальным интервалом, возрастом, хлорпромазиновым эквивалентом, длительностью болезни. При двухфакторном дисперсионном анализе не было также выявлено влияния пола на исследованные параметры.

Обсуждение

Из изложенных выше данных видно, что МВ при шизофрении характеризуются сходством признаков патологии в трех исследованных структурах. В каждой изученной области мозга имелись измененные волокна трех выделенных нами основных типов, различавшихся лишь по степени выраженности повреждений МВ. Наибольшие изменения были выявлены в префронтальной коре, наименьшие - в гиппокампе.

Показана достоверно бо`льшая доля патологически измененных МВ при шизофрении по сравнению с контролем. Изменения МВ характеризовались повреждением оболочек и набуханием периаксонального отростка олигодендроцита с существенным уменьшением диаметра аксона и его атрофией. При этом типы патологии МВ при шизофрении оказались сходными во всех исследованных структурах мозга и различались лишь по степени выраженности повреждений МВ с наибольшими изменениями в префронтальной коре и наименьшими - в гиппокампе. Важно, что найденные при шизофрении изменения в префронтальной коре коррелировали с патологией МВ в хвостатом ядре и гиппокампе. Пропорция патологических МВ в префронтальной коре, хвостатом ядре и гиппокампе коррелировала с возрастом больных к периоду начала болезни.

Следует отметить, что исследование было проведено на достаточно большой для аутопсийного материала выборке, в группах, не различающихся по возрасту, причинам смерти и длительности постмортального интервала, который был коротким, что особенно важно для изучения ультрастуктурной патологии. Такой интервал обеспечил возможность проведения морфометрических исследований МВ, хорошую сохранность исследованной мозговой ткани в целом, что дало основание исключить связь выявленных изменений с посмертным аутолизом. Не было обнаружено также связи между количеством патологических МВ и длительностью болезни, интенсивностью нейролептической терапии, возрастом, полом. С другой стороны, пропорция патологических МВ в префронтальной коре, хвостатом ядре и гиппокампе при шизофрении коррелировала с такой важной характеристикой заболевания, как возраст пациентов к началу болезни. Приведенные аргументы позволяют считать, что выявленная патология МВ связана с шизофренией.

При анализе количественных данных не было выявлено изменений численной плотности МВ во всех исследованных структурах мозга при шизофрении по сравнению с контролем. Эти результаты косвенно согласуются с данными одного из стереологических исследований [31], в котором было установлено, что общая длина МВ в белом веществе префронтальной коры при шизофрении не изменена, что не исключает их повреждений на ультраструктурном уровне.

Патология МВ 3-го типа, характеризующаяся набуханием периаксонального отростка олигодендроцита с существенным уменьшением диаметра аксона и его атрофией, - наиболее распространенная патология в мозге при шизофрении. Она отражает как нарушение взаимоотношений олигодендроцита и аксона, так и патологию самого аксона. Поскольку миелин продуцируется олигодендроцитами, выявленные изменения МВ 3-го типа могут быть следствием повреждений олигодендроцитов, что подтверждается показанными нами ранее дистрофическими и деструктивными изменениями олигодендроцитов [1, 46] и дефицитом этих клеток в префронтальной коре [25, 26, 47, 48, 51, 52] и гиппокампе [38] при шизо­френии. Что касается атрофии аксона в патологии МВ 3-го типа, то эти данные согласуются со снижением размеров пирамидных нейронов в префронтальной коре в поле 10 [8], 9 [34, 35] и гиппокампе [5, 55]. Известны нарушения экспрессии генов олигодендроцитов и миелина при шизофрении [20], в том числе связанных с регуляцией аксоглиальных контактов, калибра аксона [21]. Олигодендроциты продуцируют нейротрофические факторы, дефицит которых показан при шизофрении в гиппокампе [42] и префронтальной коре [54]. Эти данные наряду с полученными нами ранее данными о наличии дефицита сателлитов пирамидных нейронов при шизофрении в поле 10 префронтальной коры [51] позволяют предполагать, что олигодендроциты могут играть ведущую роль в патологии нейронов при шизофрении, в частности в их атрофии.

Олигодендроциты обладают высокой чувствительностью к повреждающим факторам, таким как генетические [19], стресс-факторы [10] и глутаматная токсичность [27]. В этих клетках обнаружены глутаматные рецепторы типа NMDA, регулирующие процесс миелинизации и играющие важную роль в повреждении олигодендроцитов и миелиновых оболочек. Ферменты, локализованные в олигодендроцитах, участвуют в сопряженных с метаболизмом глутамата превращениях цикла NAAG-NAA, вовлеченного в патогенез шизофрении [28]. Дисфункция глутаматергической системы, изменения количества ферментов, метаболизирующих глутамат в префронтальной коре (в поле 10) [9], и нарушение экспрессии NMDA-рецепторов [16] были обнаружены при шизофрении.

Другой возможной причиной патологии МВ при шизофрении может быть активация микроглии, тесно взаимодействующей с олигодендроцитами как в сером, так и белом веществе. Ультраструктурные признаки активации микроглии, тесно контактирующей с измененными по дистрофическому типу олигодендроцитами, были описаны нами [49] в белом веществе под префронтальной корой и прилежащей к измененным по деструктивному типу олигодендроцитам в гиппокампе при шизофрении [1]. Гипотеза об активации микроглии в мозге при шизофрении находит подтверждение в прижизненных исследованиях методом позитронно-эмиссионной томографии [15, 50]. Однако для уточнения связи микроглии с олигодендроцитами и миелином и ее роли в патологии миелина при шизофрении необходимы дальнейшие исследования.

Значимость выявленных в настоящей работе изменений определяется тем, что нарушения функционирования префронтальной коры и ее связей в первую очередь со стриатумом и гиппокампом при шизофрении связывают с психопатологическими симптомами при этом заболевании [23, 39]. Исследования методом функциональной диффузионно-тензорной томографии белого вещества продемонстрировали достоверное снижение фракционной анизотропии в лобной коре при шизофрении и показали, что эти изменения не только связаны с психотическими проявлениями болезни [24, 41], но и коррелируют со степенью выраженности когнитивных нарушений (память, внимание и исполнительные функции) [12, 18, 23, 30, 32]. В нейровизуализационном исследовании C. Bartzokis [7] была выявлена также патология внутрикоркового миелина во фронтальной коре. В нашем исследовании патологические изменения МВ были обнаружены в сером веществе в волокнах разного калибра, что свидетельствует об участии как внутрикорковых, так и межструктурных связей при шизофрении. Ранее [49] в белом веществе мы также нашли те же типы изменений МВ наряду с отсутствующими в сером веществе дегенеративными изменениями миелиновых оболочек. Сходные с установленными нами ультраструктурные повреждения МВ были описаны [33] в префронтальной коре у приматов при старении, и степень этих изменений коррелировала с индексом когнитивных расстройств. Изменения МВ в нашем исследовании не были связаны с возрастом, следовательно, есть основания связывать их с патогенезом шизофрении, и не исключено, что они вносят существенный вклад в развитие когнитивных нарушений при этом заболевании, которым уделяется столь большое внимание в современной литературе.

Патология МВ, включающая атрофию аксонов, может быть тесно связана с патологией синапсов, атрофией аксонов и соответствующих пресинаптических аксонных терминалей с последующим нарушением синаптической передачи. Снижение размеров синаптических контактов было выявлено нами в префронтальной коре [45] и гиппокампе [29] при шизофрении.

Полученные данные в целом позволяют предполагать, что выявленные при шизофрении изменения МВ могут играть большую роль в нарушении проведения импульсов по аксонам к синапсам, приводить к десинхронизации, дезинтеграции работы нейронных сетей и расстройствам ассоциативного процесса.

Исследование было выполнено при частичной поддержке Stanley Medical Research Institute (США).

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail