Саркисян Карен Джаникович

На правах рукописи
Саркисян Карен Джаникович
ВЗАИМОСВЯЗЬ МОРФОГИСТОХИМИЧЕСКИХ ИЗМЕНЕНИЙ С
ПРОЦЕССАМИ ЛИПОПЕРОКСИДАЦИИ В ГИППОКАМПЕ
ЧЕЛОВЕКА ПРИ СТАРЕНИИ
14.00.02 - анатомия человека
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата медицинских наук
Москва – 2008
1
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Российский государственный медицинский
университет Федерального агентства по здравоохранению и социальному
развитию».
Научный руководитель:
доктор медицинских наук
С.Е. Шемяков
Официальные оппоненты:
член-корр. РАМН, профессор, доктор медицинских наук
ГУ Научный центр неврологии РАМН
И.Н. Боголепова
член-корр. РАМН, профессор, доктор медицинских наук
ГОУ ВПО ТГМА Росздрава
Д.В. Баженов
Ведущая организация:
Московская медицинская академия им. И.М. Сеченова
Защита состоится 22декабря 2008 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 208.072.04 при Российском государственном медицинском
университете по адресу: 117997, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского государственного медицинского университета по адресу: 117997, г. Москва, ул. Островитянова, д. 1.
Автореферат разослан 8 октября 2008 года.
Ученый секретарь диссертационного совета
доктор медицинских наук, профессор
А.И. Щеголев
2
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Главной задачей геронтологии является изучение основных механизмов старения человека и изыскание подходов к замедлению возрастных изменений (Фролькис В.В., 1991; Боголепов Н.Н. и соавт.,
1999; Hikosaka O., 1998; Martin W.R. et al., 1998; Soffie M., et al., 1999).
Одной из структур головного мозга, играющих важную роль в реализации
когнитивных функций является гиппокамп (ГП) (Боголепова И.Н., 1970-2008;
Отмахов Н.А., 1993; Арушанян Э.Б., 1999; Bartesaghi R., 2004; Czapinski P. et al.,
2005; Munoz M., Insausti R., 2005; Gogtay N. et al., 2006). ГП является объектом
пристального внимания кардиологов, эндокринологов, неврологов и геронтологов. Это связано с тем, что нейродегенеративные и сенильные поражения данного отдела головного мозга сопровождаются развитием когнитивных и аффективных расстройств при артериальной гипертонии, сахарном диабете, болезни
Альцгеймера и «нормальном» старении человека (Peila R. et al., 2002; Schmidt
R. et al., 2004; Vincent A.M. et al., 2004).
В последние десятилетия утвердилось положение о микроединице центральной нервной системы (ЦНС), как о совокупности нейрона с его ближайшим глиальным и микрососудистым (капиллярным) окружением (Мотавкин
П.А. и соавт., 1983; Адрианов О.С., 1987; Семенова Л.К., 1989; Козлов В.И. и
соавт., 1994; Семченко В.В. и соавт., 1999; Турыгин В.В. и соавт., 2001; Шемяков С.Е., 2003; Holton J.L. et al., 1997). В месте с тем, интегральные исследования, касающиеся морфологической динамики показателей системы «нейрон –
глия - капилляр» при старении в гиппокампе человека отсутствуют. С другой
стороны, количественные и качественные изменения в системе «нейрон-глиякапилляр», являются лишь некой «формой», отражающей неизбежно меняющееся внутреннее содержание. Последнее выражается прежде всего в возрастных
сдвигах биохимических процессов, протекающих в нервной ткани.
Известно, что процессы перекисного (свободнорадикального) окисления
липидов (ПОЛ) являются универсальным механизмом тканевого повреждения
(Биленко М.В., 1989; Владимиров Ю.А., 2000). В настоящее время именно ПОЛ
3
привлекает наибольшее внимание, как неспецифический механизм повреждений на клеточном, тканевом и органном уровнях (Шемяков С.Е., 2003; Martinez
M. et al., 1994; Butterfield D.A., 2002; Mattson M.P. et al., 2002; Mariani E. et al.,
2005; Favier A., 2006; Szeto H.H., 2006).
Отсюда, несомненную актуальность представляет изучение взаимосвязей
процессов ПОЛ с морфологическими изменениями и морфометрическими характеристиками нейронов, глиоцитов и капилляров в гиппокампе при старении.
Исходя из вышесказанного, были определены цель и задачи настоящего
исследования.
ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Установить закономерности изменений в системе “нейрон – глия – капилляр” и охарактеризовать их связь с процессами перекисного окисления липидов в гиппокампе человека при старении.
ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.
1. Исследовать морфометрические показатели нейронов в различных отделах гиппокампа человека при старении.
2. Изучить возрастные изменения количества глиальных клеток (астроцитов, олигодендроцитов и микроглиоцитов) в гиппокампе человека.
3.
Исследовать особенности капиллярного русла гиппокампа у людей
зрелого, пожилого и старческого возрастных периодов.
4. Определить содержание продуктов перекисного окисления липидов в
гиппокампе человека с учетом изучаемых периодов онтогенеза.
5. Выявить функциональные взаимосвязи между возрастными изменениями морфометрических показателей нейронов, глиальных клеток, особенностями кровоснабжения гиппокампа и процессами липопероксидации в нем.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА ИССЛЕДОВАНИЯ. Впервые проведено комплексное морфометрическое исследование каждого из компонентов системы
4
“нейрон – глия – капилляр” в гиппокампе человека. Установлено, что интенсивность возрастного падения нейрональной плотности в аммоновом роге в 1,21,8 раза больше, чем в зубчатой извилине. Данный процесс сопровождается
компенсаторной гипертрофией нейронов и заместительным глиозом. Впервые
установлено, что возрастное увеличение суммарной глиальной плотности в
собственно гиппокампе достигает 85%. Основной вклад в этот процесс вносят
олигодендроциты, процентное содержание которых превалирует над астро- и
микроглией. Впервые показано, что в зубчатой извилине глиальная плотность
уменьшается с возрастом на 21,2-21,9%, при этом доминирующим видом глиоцитов в зубчатой извилине являются астроциты. Впервые показано, что в процессе старения в гиппокампе человека на фоне снижения линейных параметров
капиллярного русла происходит компенсаторное увеличение его емкостных характеристик. Описаны топические особенности возрастных изменений морфометрических показателей ГП, установлены корреляционные взаимосвязи между
компонентами системы «нейрон-глия-капилляр». Впервые исследованы особенности процессов перекисного окисления липидов в гиппокампе людей разного возраста. Показано, что с возрастом уменьшается устойчивость липидов
ГП к оксидативному стрессу. Впервые, на основании полученных результатов,
установлены онтогенетические взаимоотношения морфологических изменений
с процессами липопероксидации гиппокампа, что позволяет составить комплексное представление о возрастных преобразованиях в гиппокампе человека
и дополняет сведения о механизмах старения головного мозга.
ПРАКТИЧЕСКАЯ И ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ.
Работа носит фундаментально - теоретический характер.
На основании анатомического, гистологического, гистохимического,
биохимического и статистического исследования установлены закономерности
онтогенетических сдвигов и их топические особенности в гиппокампе человека.
Результаты проведенного морфо-гисто-биохимического исследования
5
значительно дополняют и расширяют существующие представления о структуре и функции системы “нейрон – глия – капилляр” в гиппокампе человека и могут быть использованы в учебном процессе на кафедрах анатомии, гистологии,
биохимии, физиологии, неврологии и других.
Сведения о механизмах старения нервной системы могут использоваться
при подготовке студентов на кафедрах медико-биологического профиля и врачей – курсантов на курсах повышения квалификации.
Выявленные взаимосвязи морфогистохимических изменений с процессами липопероксидации в гиппокампе могут быть использованы как теоретическая основа для разработки новых подходов к профилактике и терапии нейродегенеративных заболеваний и сенильных расстройств.
АПРОБАЦИЯ МАТЕРИАЛОВ ДИССЕРТАЦИИ.
Основные положения работы доложены на VIII Конгрессе Международной Ассоциации морфологов (Орел, 2006), на международной научной конференции «Структурные преобразования органов и тканей на этапах онтогенеза в
норме и при воздействии антропогенных факторов. Экология и здоровье населения. Актуальные проблемы биологии и медицины» (Астрахань, 2007), на
расширенном заседании кафедр анатомии человека и гистологии РГМУ (2007,
2008), на научной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения академика АМН СССР Жданова Дмитрия Аркадьевича (Москва, 2008), на международной научно-практической конференции «Проблемы современной морфологии человека» (Москва, 2008).
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
1. В процессе старения в гиппокампе человека наблюдается гетерохронное и гетеротопное уменьшение количества нервных клеток с компенсаторным увеличением площади профильного поля нейроцитов. Эти процессы
наиболее выражены в поле СА1 собственно ГП.
6
2. Уменьшение числа нейронов в аммоновом роге сопровождается заместительным глиозом, связанным с пролиферацией олигодендроцитов. Нарастание глиального индекса в собственно ГП происходит на фоне уменьшения
суммарного числа глиоцитов в зубчатой извилине.
3.
Морфологические проявления нейрональной инволюции гиппокам-
па человека сопровождаются нарастающей редукцией капиллярного русла с
компенсаторным увеличением емкостных параметров резидуальных капилляров.
4.
Увеличение чувствительности нервной ткани к оксидативному
стрессу и нарастание уровня продуктов ПОЛ является одной из причин морфологических изменений в гиппокампе человека при старении.
ПУБЛИКАЦИИ. По материалам диссертации опубликовано 6 научных
работ.
ОБЪЕМ И СТРУКТУРА ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация изложена на
186 страницах машинописи и включает: введение, обзор литературы, описание
использованных материалов и методов исследования, 4 главы собственных исследований, обсуждение результатов, выводы и список литературы, содержащий 128 отечественных и 156 иностранных источников. Диссертация содержит
22 таблицы и 75 рисунков.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.
Объектом исследования послужили препараты гиппокампа, полученные
при аутопсии 87 трупов людей обоего пола, в возрасте от 21 года до 92 лет,
смерть которых не была напрямую связана с заболеваниями центральной нервной и сердечно – сосудистой систем. Забор секционного материала производился не позднее 24 часов с момента смерти.
Распределение материала по возрастным группам производилось согласно схеме, рекомендованной 7 –ой Всесоюзной научной конференцией по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии (М., изд. АПН СССР,
1965). Исследовались четыре возрастные группы: 1-ый зрелый возраст (от 22
7
до 35 лет – мужчины; от 21 до 35 лет – женщины); 2-ой зрелый возраст (от 36
до 60 лет – мужчины; от 36 до 55 лет – женщины); пожилой возраст (от 61 до 74
лет мужчины; от 56 до 74 лет женщины); старческий возраст (75 лет и старше).
Исследования были проведены в аммоновом роге, классическими полями
которого являются поля СА1 и СА3 (Виноградова О.С., 1975), и зубчатой извилине (ЗИ) на уровне средней части и ножки ГП. Особое внимание обращалось
на пирамидный слой собственно ГП и зернистый (гранулярный) слой ЗИ.
Гистологические методы исследования.
Нейроны выявляли методом окраски крезиловым фиолетовым по Нисслю
(Сапожников А.Г., Доросевич А.Е., 2000). Астроциты выявляли по методике
Снесарева, а для дифференцировки олигодендроцитов и микроглиоцитов использовалась методика Мийагавы в модификации Александровской (Саркисов
Д.С., Перов Ю.П., 1996). В качестве обзорной методики для выявления отдельных слоев, отделов и полей ГП, а так же в качестве вспомогательной методики
для выявления нейронов и глиальных клеток использовался общепринятый метод окраски гематоксилин – эозином. Для выявления отдельных звеньев микроциркуляторного русла (МЦР) и для описания нейро-глио-капиллярных взаимоотношений использовался метод импрегнации нитратом серебра, модифицированный И.В. Рясковой (1984).
Подсчет нервных и глиальных клеток производился на микроскопе «Биолам» при увеличении объектива 40х с помощью квадратно – сетчатой окулярной вставки (Автандилов Г.Г., 1980; 1990), а так же на микроскопе Leica
DMRXA с помощью компьютерной программы анализа изображения Диа
Морф Cito W (Москва). На каждом срезе определялось количество клеток в 10
полях зрения. С учетом толщины среза производился пересчет количества клеток в 0,01 мм3 ткани.
Площадь нейронов определялась на микроскопе «Биолам» при увеличении объектива 90х с использованием водной иммерсии (Блинков С.М., Глезер
8
И.И., 1964), а так же на микроскопе Leica DMRXA с помощью компьютерной
программы анализа изображения Диа Морф Cito W (Москва).
Глиальный индекс (ГИ) вычислялся как соотношение между количеством
глиоцитов и нейроцитов в единице объема нервной ткани (Блинков С.М., 1963).
Гистохимические методы исследования.
Капиллярное русло исследуемых структур выявлялось гистохимической
реакцией на щелочную фосфатазу (ЩФ) (К Ф 3.1.3.1.) методом одновременного
азосочетания по M.S. Burstone (Лойда З. и соавт., 1983). Специфичность гистохимической реакции контролировали добавлением в инкубационную среду
0,01М L – цистеина (Лойда З. и соавт., 1983).
Наиболее лабильными параметрами капиллярного русла (КР) являются
диаметр микрососудов и количество функционирующих капилляров, т. к.
именно эти два показателя отражают главную гемодинамическую характеристику МЦР – его пропускную способность (Козлов В.И., 1983).
Исходя из этого на препаратах, окрашенных на ЩФ, определяли следующие параметры капиллярного русла: 1. длина капилляров в мм3 ткани (L); 2.
диаметр капилляров (d); 3. обменная поверхность капилляров в мм3 ткани
(S=dL); 4. объем капиллярного русла в мм3 ткани (V=(d2/4)L); 5. количество
крови, приходящееся на единицу поверхности капилляра (V1=V/S) (Мотавкин
П.А. и соавт., 1983).
Длина капилляров вычислялась по методике С.М. Блинкова и Г.Д. Моисеева (1961) с использованием формулы для неравномерного распределения капилляров в ткани мозга. Диаметр микрососудов измеряли при помощи винтового окуляр – микрометра МОВ – 1-15х на микроскопе «Биолам» при увеличении
объектива 40х.
Фотосъемка
микропрепаратов
осуществлялась
цифровой
камерой
“OLYMPUS” и с использованием микроскопа Leitz wetzlar, с последующей
компьютерной распечаткой при помощи программы “Corel PHOTO – PAINT 9”.
Биохимические методы исследования.
9
Содержание первичных, вторичных и конечных продуктов ПОЛ оценивали спектрофотометрически в гептан-изопропанольном липидном экстракте
мозговой ткани (Волчегорский И.А. и соавт., 1989, 2000). Измеряли оптическую
плотность каждой фазы против соответствующего контроля при 220нм, 232нм
и 278 нм. Соответствующие величины экстинции отражают поглощение изолированных двойных связей, диеновых коньюгатов ацилгидроперекисей (первичных молекулярных продуктов ПОЛ), кетодиенов и сопряженных триенов (вторичных молекулярных продуктов ПОЛ). Конечные продукты ПОЛ определяли
путем дополнительного замера оптической плотности экстракта при 400 нМ.
Поглощение липидного экстракта при 400 нм отражает содержание шиффовых
оснований (конечных продуктов ПОЛ) (Львовская Е.И. и соавт., 1991). Результаты выражали в виде индексов окисления, рассчитывая соотношение: Е232/Е220,
Е278/Е220 и Е400/Е220.
Дополнительно рассчитывали показатель Е220/мг ткани, отражающий
удельное содержание полиненасыщенных липидов в изучаемых структурах
мозга (Волчегорский И.А. и соавт., 1989, 2000а).
Чувствительность липидов нервной ткани к свободнорадикальной атаке
in vitro оценивали по степени накопления веществ, реагирующих с 2 – тиобарбитуровой кислотой (ТБК) в гомогенатах ГП, инкубируемых на воздухе в течение 60´ при 37°С (Волчегорский И.А. и соавт., 2000). Показатель окисляемости
выражали в процентах прироста содержания ТБК – реактивных веществ по отношению к исходному уровню. Исходные значения оптической плотности по
ТБК-тесту использовали для расчета удельного содержания ТБК – реактивных
продуктов ПОЛ в ткани мозга и выражали, как Е532 х 10-3 /мг ткани.
Статистическая обработка результатов.
Результаты обработаны при помощи стандартного пакета прикладных
программ “Statisica 5 for Windows” и представлен в виде средней арифметической и ее стандартной ошибки (Mm). О достоверности различий судили по t –
10
критерию Стьюдента для независимых выборок. Различия считались достоверными при р<0,05. В качестве показателей статистической связи между изучаемыми параметрами рассчитывались коэффициенты линейной корреляции Пирсона (r) и коэффициент ранговой корреляции Спирмена (rs).
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.
Нейронный состав пирамидного слоя собственно ГП представлен в подавляющем большинстве пирамидными нейронами, тела которых имеют треугольную или овальную форму, с выраженным апикальным дендритом, уходящим в радиальный слой ГП. Этот тип нервных клеток имеет четкие контуры
ядра и перикариона. Ядра клеток светлые, содержат базофильное ядрышко, занимающее в основном центральное положение. Вещество Ниссля мелкими
глыбками или пылевидной зернистостью заполняет нейроплазму. В поле СА1
наблюдается густое расположение нейронов, апикальный дендрит которых разветвляется почти сразу на множество тонких ветвей. В поле СА3 нейроны располагаются диффузно, менее плотно прилежат друг к другу. Их отличительной
чертой являются толстые дендриты большой величины. Гранулярный слой ЗИ
представлен нейронами округлой и овальной формы, плотность расположения
которых значительно выше, чем пирамидных нейронов в собственно ГП.
В процессе старения происходит снижение количества нервных клеток,
характеризующееся гетеротопностью и гетерохронностью (табл. 1). Потеря количества пирамидных нейронов у лиц старческого возраста по сравнению с лицами зрелого возраста в поле СА1 составляет 33,2-38,9%, в то время как аналогичные изменения в поле СА3 составляют лишь 24,6-24,7%. Количество гранулярных нейронов в 0,01 мм3 ткани ЗИ превышает плотность пирамидных
нейронов аммонова рога в 3-5 раз. При этом степень возрастной убыли гранулярных нейроцитов существенно ниже. В период с 21 года до 92 лет, количество последних уменьшается на 21,5-21,9%. Следует отметить, что показатели
средней части ГП более лабильны, и уменьшение количества нейронов здесь
происходит уже у людей 2-го периода зрелого возраста, в то время как на
11
уровне ножки ГП это происходит лишь у людей старше 60 лет. Нами выявлена
прямая корреляционная зависимость между количественными возрастными изменениями пирамидных нейронов поля СА3 и гранулярных нейронов ЗИ. Это
показывает аналогичность возрастных изменений морфофункционально тесно
связанных структур. Известно, что аксоны гранулярных клеток направляются к
пирамидным нейронам именно поля СА3 (Виноградова О.С., 1975; Отмахов
Н.А., 1993; Sokolov M.V. et al., 2003; Schmidt-Hieber C., 2008). При этом есть
основание полагать, что центральную роль в обучении и памяти играют гранулярные клетки зубчатой извилины (Sloviter R.S. et al., 1996).
Признаком, который обусловливает индивидуальную вариабельность
мозга, является показатель площади профильного поля нервных клеток. Изменения этого параметра определяют морфологические предпосылки индивидуальной психической деятельности человека (Боголепова И.Н., 2000). Некоторыми авторами выявлено уменьшение размера нервных клеток в различных областях головного мозга у людей пожилого и старческого возраста (Жалилов
Ш.Х., 1994; Ахунжанов Р.А., Касым-Ходжаев И.К., 1998).
По нашим данным в большинстве компартментов ГП наблюдается увеличение площади нейронов у людей в возрасте от 21 до 74 лет, сменяющееся их
уменьшением у людей старше 75 лет (табл. 1). Принимая во внимание, имеющуюся достоверную обратную корреляционную зависимость возрастных изменений данного параметра и количества нейроцитов, можно предположить, что
гипертрофия нейронов должна рассматриваться как адаптационный механизм,
а нивелирование этой реакции у людей старческого возраста, наряду с уменьшением количества нейронов, представляется как истощение компенсаторноприспособительных возможностей ЦНС, что может являться составляющей изменения функций ГП. Это совпадает с результатами полученными на лабораторных животных. Средний диаметр нейронов у них может увеличиваться, а затем снижаться до исходного уровня, уменьшаясь в поздние возрастные периоды (Фролькис В.В., 1991). Изменение размеров клеток, по мнению автора, от12
ражает стабильность, увеличение или снижение их функциональной активности.
Второй составляющей структурно-функциональной единицы ЦНС являются глиальные клетки. В литературе до настоящего времени не существует
единой точки зрения на возрастную динамику количества глиоцитов в головном мозге. Наряду с данными о возрастном глиозе (Ройтбак А.И., 1993; Шемяков С.Е., 2003), приводятся сообщения об относительной неизменности (Мотавкин П.А. и соавт., 1983) и снижении числа глиоцитов (Косимходжаева Д.И.,
1998).
Результаты нашего исследования показали, что возрастные изменения
показателя суммарной плотности глиальных клеток в разных структурах «старой коры» оказались разнонаправлены. В аммоновом роге он увеличивается с
возрастом, причем прирост глиальной плотности при старении может достигать
85%, тогда как в зубчатой извилине, напротив, происходит его некоторое
уменьшение, достигающее 15-22%. При этом соотношение между тремя видами
глии (астроцитами, олигодендроцитами и микроглиальными клетками) различно не только в разных компартментах ГП, но и меняется с возрастом. Это согласуется с мнением многих авторов о том, что количественные межглиальные
соотношения отличаются не только в разных формациях мозга, но и зависят от
возрастного периода (Блинков С.М. и соавт., 1964, Бериашвили Р.В., 1990;
Sturrock R.R., 1986, 1987; Hayakawa N. et al., 2007; Stark A.K. et al., 2007). Нами
обнаружено, что в собственно ГП у людей зрелого возраста наблюдается преобладание олигодендроцитарной глии, которое увеличивается с возрастом. В
ЗИ во всех возрастных периодах количество астроглии превышает аналогичные показатели олиго- и микроглии, при этом доля астроцитов увеличивается с
возрастом. Процентное количество микроглии не претерпевает с возрастом
значимых изменений. Селективное преимущество количества определенного
вида глии очевидно указывает на их функционально-метаболическую взаимосвязь с нейронами соответствующих отделов ГП.
13
По нашему мнению, заместительный глиоз, хорошо выраженный в аммоновом роге, проявляется в суммарном увеличении как свободно лежащих глиоцитов, так и клеток – сателлитов, которые в большинстве случаев образованны
олигодендроцитами и микроглиальными клетками.
Глиальный индекс, как интегральный показатель системы «нейрон глия» является более чувствительным маркером топических особенностей, чем
отдельно взятые показатели нейрональной и глиальной плотности (Шемяков
С.Е., 2003). В процессе старения происходит увеличение глиального индекса во
всех изученных компартментах ГП человека, за исключением ЗИ. Возрастное
увеличение ГИ в собственно ГП обусловлено снижением числа нервных клеток
и параллельным заместительным глиозом. Следует отметить, что степень прироста глиального индекса в аммоновом роге на уровне ножки ГП в 2,5-3,5 раза
превосходит таковую на уровне его средней части.
Абсолютные величины ГИ в ЗИ на уровне средней части и ножки находятся в пределах 0,590,014 – 0,760,022. Такие малые значения объясняются
тем, что количество гранулярных нейроцитов превосходит количество глии в
ЗИ. В ЗИ человека в процессе старения глиальный индекс меняется незначительно. По-видимому, это происходит из-за того, что снижение количества гранулярных клеток и количества нейроцитов пропорционально друг другу.
Капилляры, наряду с нервными и глиальными клетками, относятся к составляющим структурно-функциональной единицы ЦНС (Мотавкин П.А. и соавт., 1983; Адрианов О.С., 1987; Семченко В.В. и соавт., 1999; Шемяков С.Е.,
2003; Телешева И.Б., 2008; Holton J.L. et al., 1997).
Обменное звено МЦР ГП представлено хорошо развитой трехмерной капиллярной сетью, повторяющей его цитоархитектонику. Оно является частью
классического МЦР, все звенья которого присутствуют в изучаемом отделе головного мозга.
Артериолы диаметром 30-50 мкм берут начало от мелких ветвей 1-3 по14
ножка гиппокампа
средняя часть гиппокампа
Таблица 1.
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ
НЕЙРОНОВ И ГЛИАЛЬНЫХ КЛЕТОК В ГИППОКАМПЕ ЧЕЛОВЕКА
ВОЗРАСТ
ОТДЕЛЫ ПАРАМОЗГА МЕТРЫ 1-й зрелый
2-й зрелый
пожилой
старческий
1
1,2
Nпир. 202,48,83 178,310,23
155,96,37
135,39,311,2,3
Sпир. 210,46,37 251,77,281
293,56,161,2
248,86,541,3
поле
Гл.
654,323,41 784,143,831 767,535,941
691,142,812
СА1
А:О:М 36:47:17
26:53:21
29:61:10
31:58:11
1
1
ГИ
3,280,09
4,520,18
5,000,23
5,380,271,2
Nпир. 167,48,45 144,19,291
136,911,471
126,27,421,2
Sпир. 254,56,13 304,65,731
288,76,121
241,67,412,3
поле
Гл.
621,724,88 613,333,74
812,553,721,2 738,862,951,2,3
СА3
А:О:М 36:48:16
32:45:23
27:60:13
30:56:14
1,2
ГИ
3,870,19
4,480,24
6,230,29
6,040,251,2
Nгран. 793,511,82 718,610,731 691,513,741
622,911,831,2,3
Sгран. 112,65,92 131,57,831
93,46,471,2
89,37,721,2
ЗИ
Гл.
472,821,72 446,119,04
401,922,741
369,119,761,2
А:О:М 44:37:19
56:29:15
54:30:16
57:24:19
ГИ
0,600,015 0,630,014
0,590,017
0,600,015
1,2
Nпир. 180,66,98 167,77,89
132,57,86
110,46,411,2,3
Sпир. 203,48,62 215,27,61
255,76,811,2
250,87,921,2
поле
Гл.
658,731,82 928,247,211 1176,857,761,2 1243,082,111,2
СА1
А:О:М 27:59:14
25:63:12
17:64:19
16:66:18
1
1,2
ГИ
3,830,22
5,860,34
9,150,42
12,010,661,2,3
Nпир. 162,98,63 158,69,31
126,311,371,2 122,610,611,2
Sпир. 315,65,82 324,87,65
317,97,72
280,76,281,2,3
поле
Гл.
584,821,53 1084,149,621 1007,267,921 1079,578,531
СА3
А:О:М 20:57:23
22:60:18
16:59:25
15:62:23
ГИ
3,740,17
7,050,291
8,350,411,2
9,480,581,2
Nгран. 740,610,82 718,611,61
654,913,261,2 578,411,421,2,3
Sгран. 121,36,81 137,57,921
98,78,361,2
82,57,351,2,3
ЗИ
Гл.
548,125,83 418,029,931 401,425,841
431,721,891
А:О:М 40:38:22
48:41:11
61:29:10
50:33:17
1
1
ГИ
0,750,017 0,590,014
0,620,014
0,760,0222,3
Примечание: 1. ЗИ – зубчатая извилина гиппокампа; 2. Nпир., Nгран. – количество
пирамидных, гранулярных нейронов в 0,01 мм3; Sпир., Sгран. – площадь пирамидных, гранулярных нейронов (мкм2); Гл. – количество глиальных клеток в 0,01 мм3; А:О:М – соотношение астро-, олиго- и микроглии (%); ГИ – глиальный индекс; 3. 1 - достоверные отличия по
отношению к 1-му зрелому возрасту; 2 - по отношению к 2-му зрелому возрасту; 3 - по отношению к пожилому возрасту (Р0,05).
15
рядка, отходящих от задней мозговой и передней ворсинчатой артерии. Ход артериол зачастую повторяет форму ГП. Некоторые артериолы отклоняются в
сторону субикулюма, тогда как другие направляются к зубчатой извилине. В
аммоновом роге наиболее крупные микрососуды располагаются в два ряда,
один из которых лежит кнутри, а другой снаружи слоя пирамидных нейронов.
Сосуды резистивного звена, отходящие в сторону паравентрикулярной области
(альвеус, краевой слой) не имеют предпочтительного направления. Артериолы,
прекапиллярные артериолы и капилляры радиального слоя имеют четко выраженное преимущественное направление. Эти микрососуды идут перпендикулярно пирамидному слою, повторяя направление апикальных дендритов пирамидных нейронов.
Часть микрососудов, отходящих от артериол внутреннего слоя образют
густые капиллярные сети в молекулярно-лакунарном слое, анастамозируя при
этом с сосудами зубчатой извилины. Сосудисто-капиллярные сети лакунарномолекулярного слоя образованы ячейками полигональной формы. В этом компартменте ГП можно выделить преимущественно ориентацию МЦР, зачастую
совпадающую с изгибом аммонова рога и ЗИ. Это еще раз подтверждает тезис о
том, что ангиоархитектоника в головном мозге является зеркальным отображением его цитоархитектоники (Клосовский Б.Н., Космарская Е.Н., 1961).
По нашим данным (табл. 2), суммарная длина функционально активных
капилляров в ГП уменьшается в старческом возрасте по сравнению с людьми 1го зрелого возраста в 1,5 – 1,7 раза. При этом уровень капилляризации отдельных областей ГП внутри возрастной группы существенно различается. Это согласуется с данными полученными M.A. Bell, M.J. Ball (1981), которые обнаружили возрастное уменьшение плотности капилляров в ГП в 1,1-1,2 раза, так же
отмечая гетеротопность этого процесса. Вероятнее всего, в данном случае мы
имеем дело с классическим примером единства структуры и функций. Любые
изменения пространственной организации микрососудистой системы мозга
имеют свой функциональный эквивалент и, наоборот, изменения функции моз16
га будут сопровождаться изменениями пространственной организации его сосудистой системы (Козлов В.И. и соавт., 1994).
Одним из важных морфометрических параметров капиллярного русла является средний диаметр микрососудов. В процессе старения в изученных отделах ГП происходит увеличение данного показателя, который достигает своих
максимальных значений у людей старше 60 лет. Расширение микрососудов
мозга в старости может рассматриваться как приспособительная реакция,
направленная на компенсацию одновременно идущего процесса редукции капилляров (Петренко А.Г., 1986).
Изменения площади обменной поверхности определяются динамикой
суммарной длины капилляров и их диаметра. Значения данного параметра в
1мм3 ткани ГП уменьшаются в пожилом и/или старческом возрасте, относительно людей 1-го и/или 2-го зрелого возраста в 1,3 – 1,5 раза. Он вычислен для
функционально активных микрососудов, маркированных ЩФ. Данный фермент, являясь маркером проницаемости капилляров (Hunziker O. et al., 1974;
Horsky J., Horska M., 1987), характеризует трансэндотелиальный обмен и выявляется только в функционально активных капиллярах (Мотавкин П.А. и соавт.,
1983), а значит в определенной степени отражает интенсивность обменных
процессов между кровью и нервной тканью (Мотавкин П.А. и соавт., 1983).
Другим интегральным показателем функциональных возможностей обменного звена МЦР является объем капиллярного русла в 1 мм3 ткани мозга. В
аммоновом роге при старении емкость обменного звена МЦР, а значит, и объем
депонированной в нем крови, либо не изменяется, либо уменьшается только у
людей старческого возраста. При этом уровень снижения составляет лишь 1516% от соответствующих показателей у людей 1-го зрелого возраста.
Тенденция к стабилизации объема обменного звена МЦР может служить
доказательством существенных адаптивных возможностей КР гиппокампа.
Подтверждением этому служат возрастные изменения количества крови, приходящееся на единицу поверхности капилляра. По нашим данным этот показа17
ножка гиппокампа
средняя часть гиппокампа
Таблица 2.
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ МОРФОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
КАПИЛЛЯРНОГО РУСЛА, МАРКИРОВАННОГО ЩФ,
ГИППОКАМПА ЧЕЛОВЕКА
ВОЗРАСТ
ОТДЕЛЫ ПАРАМОЗГА МЕТРЫ 1-й зрелый 2-й зрелый
пожилой
старческий
1
1,2
L
183,7±5,67 158,5±6,36 129,6±4,94
115,8±2,931,2,3
d
5,02±0,062 5,27±0,0751 5,88±0,1251,2 5,81±0,0791,2
поле
S
2,92±0,077 2,63±0,191 2,39±0,0951 2,11±0,0921,2,3
СА1
V
3,64±0,141 3,49±0,332 3,52±0,098
3,06±0,0751,3
V1
1,26±0,026 1,32±0,045 1,47±0,0371,2 1,45±0,0261,2
L
168,9±5,02 142,8±4,221 116,1±3,631,2 108,6±2,841,2
d
5,21±0,096 5,64±0,0951 6,12±0,0861,2 6,10±0,0971,2
поле
S
2,76±0,132 2,53±0,123 2,23±0,0961,2 2,08±0,0971,2
СА3
V
3,60±0,152 3,57±0,166 3,42±0,124
3,18±0,128
1
1,2
V1
1,3±0,051
1,41±0,032 1,53±0,023
1,53±0,0311,2
L
154,7±5,09 110,5±3,121 108,3±3,971 92,5±5,131,2,3
d
5,33±0,087 5,89±0,0951 5,97±0,1251 6,27±0,0971,2,3
ЗИ
S
2,59±0,088 2,05±0,0731 2,03±0,1211 1,81±0,0981,2
V
3,45±0,156 3,01±0,1061 3,03±0,167
2,81±0,1461
V1
1,33±0,033 1,47±0,0311 1,49±0,0211 1,55±0,0221,2,3
L
170,6±4,97 160,9±4,49 125,8±4,181,2 115,2±3,121,2,3
d
5,22±0,097 5,28±0,117 6,02±0,951,2 6,17±0,0971,2
поле
S
2,81±0,132 2,67±0,097 2,38±0,0781,2 2,23±0,0761,2
СА1
V
3,66±0,212 3,53±0,132 3,58±0,124
3,45±0,145
1,2
V1
1,31±0,031 1,32±0,022 1,51±0,017
1,54±0,0231,2
L
166,7±6,01 152,4±4,16 124,6±3,621,2 112,6±3,251,2,3
d
5,44±0,114 5,76±0,1251 6,21±0,0981,2 6,07±0,0961,2
поле
S
2,85±0,145 2,76±0,075 2,43±0,0661,2 2,15±0,0781,2,3
СА3
V
3,87±0,197 3,97±0,089 3,77±0,115
3,26±0,1461,2,3
V1
1,36±0,022 1,44±0,0191 1,55±0,0211,2 1,52±0,0221,2
L
146,7±4,21 126,5±3,671 96,1±4,371,2 90,9±3,611,2
d
5,62±0,087 5,72±0,086 6,24±0,0951,2 6,21±0,0851,2
ЗИ
S
2,58±0,092 2,27±0,0761 1,88±0,0981,2 1,77±0,1121,2
V
3,61±0,176 3,25±0,179 2,94±0,1471 2,75±0,1731,2
V1
1,40±0,034 1,43±0,021 1,56±0,0191,2 1,55±0,0111,2
Примечание: 1. ЗИ – зубчатая извилина гиппокампа; 2. L – суммарная длина (плотность)
капиллярного русла в 1 мм3 ткани (мм); d – средний диаметр (мкм); S – площадь обменной
поверхности капилляров в 1 мм3 (мм2); V – объем капиллярного русла в 1 мм3 ткани (мм3 х
10-3); V1 – кол-во крови, приходящееся на единицу поверхности капилляра (мм3 / мм2 х 10-3);
3. Обозначения достоверности такие же, как и в таблице № 1.
18
тель характеризуется увеличением во всех изученных отделах ГП. Описанные
изменения и в собственно ГП, и в ЗИ составляют 11-18%.
Согласно адаптационно-регуляторной теории
В.В. Фролькиса (1991),
«благодаря деятельности мозга в ходе возрастного развития мобилизуются приспособительные механизмы, направленные на увеличение продолжительности
жизни» – процессы витаукта. Состояние мозга определяет проявления компенсаторных реакций на уровне целостного организма, однако и в самом мозге
развиваются процессы витаукта. Вполне вероятно, что представленные особенности возрастных изменений морфометрических показателей капилляров ГП
отражают компенсаторно-приспособительный процесс в данном отделе головного мозга.
По нашему мнению, возрастное увеличение емкостных характеристик капиллярного русла (диаметра капилляров; объема крови, приходящейся на единицу поверхности капилляра в 1 мм3) и, как результат, относительную стабилизацию значений объема КР нужно анализировать с позиций витаукта. С другой
стороны, с увеличением диаметра снижается скорость кровотока по капиллярам, а, значит, замедляются и обменные процессы (Чернух А.М. и соавт., 1984).
Об этом же свидетельствует возрастное уменьшение усредненных показателей
активности ЩФ в эндотелии микрососудов, что опосредованно указывает на
снижение интенсивности обменных процессов при старении (Черток В.М.,
1985). Увеличение емкостных параметров капилляров может являться и маркером хронического нарушения кислородного метаболизма (Mattheus P.M. et al.,
1994) что, в свою очередь, может рассматриваться в качестве морфологической
основы развивающейся с возрастом хронической циркуляторной гипоксии
нервной ткани и связанной с ней гибелью части нейронов.
Обобщая морфометрическое исследование компонентов системы «нейрон
– глия - капилляр», можно констатировать, что в процессе старения происходит
уменьшение линейных параметров КР с одновременным компенсаторным приростом его емкостных характеристик. Вероятно, данную адаптационную реак19
цию нельзя признать полностью адекватной, так как она протекает одновременно с уменьшением числа нервных клеток во всех изученных компартментах ГП.
Параллелизм возрастной редукции церебральных капилляров и потери
нейронов не позволяет рассматривать их гибель с позиции исключительно
ишемического некроза. Скорее всего, центральную роль в этом процессе играет
апоптоз. Как известно, механизмы апоптоза включаются тогда, когда вредное
воздействие недостаточно сильно, чтобы вызвать некроз. В этом случае апоптоз
является своеобразной защитой от массовой гибели клеток. Организм отвечает
потерей небольшого числа клеток, чтобы последствия патологических воздействий оказались не так велики (Гусев Е.И., Скворцова В.И., 2001). Вполне вероятно, что возрастное уменьшение количества нейронов на фоне циркуляторной
гипоксии можно рассматривать как программированную гибель какого-то числа нервных клеток. Таким путем может быть достигнут определенный баланс
между количественными характеристиками и функциональными возможностями капиллярного русла, с одной стороны, и количеством, активностью и метаболическими потребностями нейронов – с другой.
Таким образом, три главных компонента системы «нейрон – глия – капилляр» в ГП функционируют и инволюционируют в рамках тесных структурно-функциональных взаимосвязей, которые во многом обусловлены особенностями кислородного метаболизма (Мотавкин П.А. и соавт., 1983; Шемяков С.Е.,
2003). В тоже время, метаболические реакции с использованием кислорода являются одними из основных генераторов свободнорадикальных повреждений
(Биленко М.В., 1989; Владимиров Ю.А., 2000). Нами было проведено углубленное изучение процессов ПОЛ в ГП человека при старении.
Результаты исследования показали, что по мере старения в ГП происходит накопление продуктов ПОЛ (табл. 3). Установленная закономерность касается, прежде всего, первичных, вторичных, конечных продуктов ПОЛ в гептановой фазе липидного экстракта и конечных изопропанол растворимых липо20
перекисей. Уровень названных продуктов ПОЛ прямо соотносится с возрастом
человека и увеличивается в старческом возрасте относительно зрелого возраста
в 2 – 4 раза. Нарастание продуктов ПОЛ, сильно коррелирует в ГП с уменьшением числа нейронов (r = -0,61 – -0,72; p0,05) и увеличением глиального индекса (r = 0,63; p0,05). Это напрямую соотносится с «перекисной гипотезой»
гибели клетки (Владимиров Ю.А., Арчаков А.И., 1972). Одновременно, возрастные изменения глиальной плотности не имеют достоверных корреляционных связей с динамикой накопления ПОЛ. Это подтверждает вывод о том, что
глия более устойчива к свободнорадикальным процессам, чем нейроны (Cafe C.
et al., 1995).
Таблица 3.
ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ПРОДУКТОВ ПОЛ, ТБКРЕАКТИВНЫХ ПРОДУКТОВ И ОКИСЛЯЕМОСТИ ЛИПИДОВ in vitro В
ГИППОКАМПЕ ЧЕЛОВЕКА
ВОЗРАСТ
ПАРАМЕТРЫ
1-й зрелый
2-й зрелый
пожилой
старческий
1
Г1
0,227±0,059
0,419±0,085 0,483±0,049
0,591±0,0511
Г2
0,085±0,021
0,218±0,0471 0,234±0,0521
0,216±0,0441
Гк
0,037±0,012
0,108±0,036 0,091±0,028
0,109±0,0181
И1
0,406±0,021
0,441±0,011 0,542±0,0361,2
0,601±0,0461,2
И2
0,186±0,035
0,236±0,033 0,121±0,0382
0,077±0,0061,2
Ик
0,037±0,007
0,026±0,004 0,069±0,0092
0,101±0,0111,2
ТБК
1,5±0,04
1,3±0,24
0,7±0,091
0,7±0,121
ОК
32,9±4,52
70,5±27,95
140,4±39,71
123,0±6,341
Примечание: 1. Содержание первичных, вторичных и конечных продуктов ПОЛ представлено в виде индексов окисления (Е232/Е220, Е278/Е220 и Е400/Е220, соответственно); 2. Г1, И1 –
обозначение гептан- и изопропанол-растворимых диеновых коньюгатов, соответственно
(первичные продукты ПОЛ); 3. Г2, И2 - обозначение гептан- и изопропанол-растворимых
кетодиенов и сопряженных триенов (вторичные продукты ПОЛ); 4. ГК, ИК – обозначение
гептан- и изопропанол-растворимых шиффовых оснований (конечные продукты ПОЛ); 5.
ТБК–уровень веществ, реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой (Е532 х 10-3/мг) 6. ОК –
окисляемость липидов выражена в %; 7. Обозначения достоверности такие же, как в таблице
№1.
В динамике старения человека отмечается существенное увеличение чувствительности липидов нервной ткани ГП к оксидативному стрессу. Это проявляется выраженным нарастанием окисляемости липидов ГП in vitro, которая
достигает максимальных значений в старших возрастных группах. У пожилых
21
людей отмечается более чем 4-х кратное увеличение окисляемости липидов ГП
по сравнению с группой 1-го зрелого возраста.
Вероятной причиной активации процессов ПОЛ и нарастания чувствительности нервной ткани к оксидативному стрессу (индукция ПОЛ in vitro) является дисбаланс в системе антиоксидантной защиты (Шемяков С.Е., 2003). По
всей видимости, в ГП человека с возрастом происходит сбой динамического
равновесия между ПОЛ и антиоксидантной защитой. Продукты ПОЛ обусловливают нарушение активности ферментов цикла трикарбоновых кислот и длинного пути биологического окисления (Биленко М.В., 1989). Кроме того ПОЛ
способствует повреждению и инволюции капиллярного русла (Надиров Н.К.,
1991; Михайлова Е.В., 2000). В связи с этим важно подчеркнуть, что нами было
установлено уменьшение линейных размеров капиллярного русла с компенсаторным увеличением его емкостных характеристик на фоне возрастного накопления продуктов ПОЛ в ГП.
Из всего вышеизложенного следует, что в ГП человека при старении происходит ряд морфологических и биохимических сдвигов, характеризующихся
гетеротопностью и гетерохронностью. Они могут лежать в основе возрастных
функциональных нарушений как самого ГП, так и морфофункционально связанных с ним структур.
ВЫВОДЫ.
1. В гиппокампе человека с возрастом происходит гетерохронная потеря
нервных клеток, увеличивающаяся в ряду: зубчатая извилина  поле СА3 
поле СА1.
2. На фоне падения нейрональной плотности в большинстве компартментов гиппокампа у людей 2-го периода зрелого и пожилого возраста наблюдается компенсаторное увеличение площади нейронов, сменяющееся ее уменьшением у людей старше 75 лет.
3. Возрастные изменения суммарной плотности глиальных клеток в изу22
ченных структурах «старой коры» являются разнонаправленными. В аммоновом роге происходит увеличение числа глиоцитов (на 85%), тогда как в зубчатой извилине наблюдается его уменьшение (на 15-22%).
4. В собственно гиппокампе у людей зрелого возраста наблюдается преобладание олигодендроцитов над другими видами глиальных клеток, которое
еще больше увеличивается с возрастом.
5. Снижение числа нервных клеток и параллельный заместительный глиоз обусловливают возрастное увеличение глиального индекса в собственно
гиппокампе. Степень прироста глиального индекса в аммоновом роге на уровне
ножки в 2,5-3,5 раза превосходит таковую на уровне его средней части. В зубчатой извилине человека в процессе старения глиальный индекс меняется незначительно.
6. Возрастное уменьшение линейных параметров капиллярного русла в
гиппокампе в 1,3-1,7 раза происходит с одновременным компенсаторным приростом его емкостных характеристик на 11-18%.
7. При старении человека в гиппокампе происходит усиление процессов
липопероксидации, проявляющееся 2 – 4 кратным приростом продуктов ПОЛ.
Установленная закономерность касается, прежде всего, первичных, вторичных,
конечных продуктов в гептановой фазе липидного экстракта и конечных изопропанол растворимых липоперекисей.
8. Возрастное увеличение показателя окисляемости липидов и, как следствие, накопление продуктов ПОЛ является одной из причин морфологических
изменений в гиппокампе человека. Это подтверждается обратной корреляционной зависимостью морфометрических показателей (количество нейронов, суммарная длина капилляров) с изменениями содержания продуктов липопероксидации.
23
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ.
1. Саркисян К.Д., Шемяков С.Е. Современная классификация гиппокампа
человека // Морфология. – 2006. – Т. 129, №4. – С. 110.
2. Шемяков С.Е., Саркисян К.Д. Возрастная динамика морфометрических
показателей головного мозга человека // Морфология. – 2006. – Т. 129,
№4. – С. 142.
3. Шемяков С.Е., Саркисян К.Д. Регионарные особенности и возрастные из-
менения капиллярного русла ГП человека // Астраханский медицинский
журнал. – 2007. – Т. 2, № 2. – С. 209-210.
4. Саркисян К.Д. Морфологические проявления компенсаторных изменений
в гиппокампе человека при старении // Вестник РГМУ. – 2008. – № 5. – С.
71-74.
5. Шемяков С.Е., Саркисян К.Д. Морфобиохимические изменения гиппо-
кампа человека при старении // Морфология. – 2008. – Т. 133, №. 4 – С.
105.
6. Шемяков С.Е., Саркисян К.Д. Возрастные изменения нейронов гиппо-
кампа человека // Материалы Международной конференции «Проблемы
современной морфологии человека», посвященной 75-летию Б.А. Никитюка. – Москва. – 2008. – С. 117-119.
24
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ГИ – глиальный индекс
ГП – гиппокамп
ЗИ – зубчатая извилина
КР – капиллярное русло
МЦР – микроциркуляторное русло
ПОЛ – перекисное окисление липидов
ТБК – тиобарбитуровая кислота
ЦНС – центральная нервная система
ЩФ – щелочная фосфатаза
25