Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы
1.1. Современные представления об эволюционных и экологических преобразованиях головного мозга позвоночных животных 15
1.2. Эволюционные преобразования мозжечка позвоночных животных
1.2.1. Пути эволюционных преобразований мозжечка в сравнительном ряду позвоночных животных 20
1.2.2. Морфохимическое выражение процессов физиологической адаптации и компенсации ЦНС к факторам среды на клеточном и популяционно-клеточном уровнях организации (гистохимические данные) 28
1.3. Сравнительная морфофункциональная организация мозжечка позвоночных животных на уровне классов и эколого-морфологических групп
1.3.1. Морфологическая организация мозжечка низших позвоночных
1.3.1.1. Надкласе Pisces - Рыбы. Класс Osteichthyes - Костные рыбы 36
1.3.1.2. Класс Amphibia - Земноводные 41
1.3.2. Морфологическая организация мозжечка высших позвоночных
1.3.2.1. Класс Reptilia - Пресмыкающиеся 45
1.3.2.2. Класс Aves - Птицы 49
1.3.2.3. Класс Mammalia- Млекопитающие 55
ГЛАВА II. Материал и методы исследования 68
ГЛАВА III. Морфометрическая характеристика нейронных популяций мозжечка сравнительно-анатомического ряда позвоночных животных различных эколого-морфологических групп
III. 1. Низшие позвоночные
III. 1.1. Класс Osteichthyes - Костные рыбы. Пелагические и придонные рыбы 79
III. 1.2. Класс Amphibia - Земноводные. Наземные лягушки 111
ІІІ.2. Высшие позвоночные
III.2.1. Класс Reptilia - Пресмыкающиеся. Бегающие, ползающие и панцирные пресмыкающиеся 117
III.2.2. Класс Aves - Птицы. Наземно-древесные, древесно-кустарниковые, малолетающие наземные и водоплавающие птицы 147
III.2.3. Класс Mammrnalia - Млекопитающие. Отряд Rodentia - Грызуны. Планирующие, полуводные амфибионтные и мелкие норные животные 183
Заключение 241
ГЛАВА IV. Состояние пластического обмена в нейронных популяциях мозжечка сравнительно- анатомического ряда позвоночных животных различных эколого-морфологических групп по данным интерференционной цитометрии
IV. 1. Низшие позвоночные
IV. 1.1. Класс Osteichthyes - Костные рыбы. Пелагические и придонные рыбы 246
IV. 1.2. Класс Amphibia - Земноводные. Наземные лягушки 284
IV.2. Высшие позвоночные
IV.2.1. Класс Reptilia - Пресмыкающиеся. Бегающие и панцирные пресмыкающиеся 288
IV.2.2. Класс Aves - Птицы. Наземно-древесные, древесно-кустарниковые, малолетающие наземные и водоплавающие птицы 300
IV.2.3. Класс Mammrnalia - Млекопитающие. Отряд Rodentia - Грызуны. Планирующие, полуводные амфибионтные и мелкие норные животные 330
Заключение 354
Обсуждение результатов 360
Заключение 433
Выводы 434
Литература 438
Приложение 472
- Пути эволюционных преобразований мозжечка в сравнительном ряду позвоночных животных
- Класс Reptilia - Пресмыкающиеся. Бегающие, ползающие и панцирные пресмыкающиеся
- Класс Mammrnalia - Млекопитающие. Отряд Rodentia - Грызуны. Планирующие, полуводные амфибионтные и мелкие норные животные
- Класс Mammrnalia - Млекопитающие. Отряд Rodentia - Грызуны. Планирующие, полуводные амфибионтные и мелкие норные животные
Введение к работе
Актуальность проблемы. Современные позвоночные являются конечным этапом широкой и многоступенчатой адаптивной радиации. Их естественный отбор шел по пути формирования адекватных приспособлений к изменяющимся условиям существования, обусловленных прогрессивным развитием нервной системы (Заварзин А.А., 1941; Шмальгаузен И.И., 1968; Филимонов И.Н., 1974; Карамян А.И., 1976; Андреева А.Н., Обухов Д.К., 1990; Larsell О., 1967; Northcutt R.G., 1984; Nieuwenhuys R. et al., 1998). При этом вариации признаков на всех уровнях строения мозга: анатомическом, гистологическом, клеточном - являются важнейшими компонентами дивергентного развития нервной системы позвоночных (Сепп Е.К., 1949; Заварзин А.А., 1985; Богословская Л.С., Поляков Г.И., 1981; Белехова М.Г., 1987; Крушинский Л.В., 1993; 1995; Обухов Д.К, 1999; Patt D.I., Part G.R.,1969). На определенных ступенях исторического развития позвоночных ароморфозы затрагивают разные отделы мозга: у низших - стволовые отделы, у птиц - полосатые тела переднего мозга и мозжечок, у млекопитающих — передний мозг, главным образом, кору больших полушарий и мозжечок. Согласно современным представлениям мозжечок участвует в организации и контроле разнообразных двигательных функций, являясь специализированной надстройкой двигательной системы. Развитие мозжечка в сравнительно-анатомическом ряду позвоночных животных представляет сложный исторический процесс его морфо-функционального становления, во многом отражающий степень и характер моторной активности животного, среду обитания, образ жизни (Карамян А.И., 1956, 1970; Никитенко М.Ф., 1969; Бекая Г.А., 1990; Eccles J.C. et al., 1967; Albus J.S., 1971; Dov R.S.. et al., 1988). В зависимости от условий обитания мозжечок в филогенезе позвоночных получает либо мощное развитие (рыбы, птицы, млекопитающие), либо представляет собой относительно упрощенное образование (земноводные, большинство пресмыкающихся).
Анализ многочисленной литературы показал, что усложнение структурной организации мозжечка в ходе исторического развития позвоночных сопровождается существенными перестройками его отделов, отдельных слоев, формированием коры, дифференцировкой клеточных структур, внутримозжечковых ядер (Сепп Е.К., 1949; Кабанов А.Н., 1961; Гусельников И.В., 1965; Фанарджян В.В., 1972, 1995; 2000; Llinas R., Hilman D.E., 1969; Szentagothai J., Arbib M.A., 1976), коррелирует со степенью совершенствования его функций (Антонова A.M., 1968; Лешко А.А., 1969; Аршавский Ю.И., 1972; Фанарджян В.В., 1992; Maar D., 1969; Ito М., 1993; - Ulinski P.S. et al., 1990) и находится во взаимосвязи с перестройками метаболизма, особенно с обменом белков (Палладии В.В. с соавт., 1972;
Александров В.Я., 1985; Эйнштейн Э., 1988; Dolivo М., 1967). К настоящему времени имеющиеся биохимические и гистохимические исследования белкового состава, интенсивности обмена белков в функционально различных образованиях мозга (Бродский В.Я., 1966; Певзнер Л.З., 1969; Герштейн Л.М., 1969, 1977, 1988; 2001; Худоерков P.M., 1989, 1995, 2002; Richter D., 1970; Droz В., 1970; Torre E.K., Steward О., 1992; Link W. et al., 1995) свидетельствуют о специфической деятельности белков нервной системы, объясняя высокие пластические возможности ЦНС.
Однако данные, касающиеся цито - и протеиноархитектоники структур мозжечка, представителей разного уровня организации сравнительно-анатомического ряда позвоночных животных в норме единичны и касаются конкретных представителей отдельных классов (Антонова A.M., 1968; Лешко А.А., 1968; Халимон А.Ф., 1968; Курант В.З., 1984). На данном этапе отсутствуют комплексные исследования с применением количественных морфом етрических и цитохимических методов с позиций оценки гетерогенности нейронных популяций мозжечка в ходе их преобразований в
Ф филогенезе позвоночных.
Вместе с тем, для целостного подхода к пониманию структурно-функциональных преобразований мозжечка в филогенезе позвоночных, дающих возможность раскрыть закономерности становления адаптации и познать механизмы пластичности мозга, важна оценка уровня морфо-цитохимических преобразований нейронных популяций мозжечка в прогрессивно- эволюционном и эколого-эволюционном рядах позвоночных животных.
Цель работы. Выявить и обосновать закономерности морфо-цитохимических преобразований в популяциях нейронов молекулярного, ганглиозного, зернистого слоев и ядерных структур мозжечка в сравнительно-анатомическом ряду позвоночных, отличающихся филогенетическим возрастом и принадлежностью к определенным эколого-морфологическим группам животных.
Задачи исследования:
1. Провести углубленный морфометрический анализ нейронных популяций слоев и ядерных образований мозжечка в сравнительно-анатомическом ряду позвоночных (рыбы - земноводные - пресмыкающиеся -птицы - млекопитающие) различных эколого-морфологических групп.
2. Изучить и проанализировать состояние белкового фонда нейронных популяций мозжечка сравнительно-анатомического ряда позвоночных животных определенных эколого-морфологических групп с позиций интерференционной цитометрии.
3. Оценить динамику и выяснить закономерности в проявлении морфо-цитохимических признаков на уровне нейронных популяций в структурах мозжечка в филогенезе позвоночных.
4. Проанализировать и сопоставить выявленные морфо - цитохимические особенности в изученных типах нейронных популяций, отдельных компонентах нейронов коры и подкорковых структур мозжечка в сравнительно-анатомическом ряду позвоночных животных, отличающихся средой обитания, степенью двигательной активности и степенью приближенности к человеку с целью определения основных тенденций в становлении адаптации на уровне изученной структуры мозга.
Научная новизна исследования. Впервые проведено морфо цитохимическое исследование на уровне структурных компонентов нейронов и нейронных популяций мозжечка высших и низших позвоночных животных с использованием комплекса методов: качественных (нейрогистологических, гистохимических) и количественных с применением морфометрических приемов (ручная морфометрия, интерференционная цитометрия) с последующим статистическим и корреляционным анализом.
Впервые получена новая информация о структуре мозжечка на клеточном и популяционно-клеточном уровнях у ряда видов представителей разных классов подтипа Позвоночные животные: костных рыб, амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих, занимающих определенные экологические ниши, отличающихся средой обитания, степенью двигательной активности и в разной степени испытывающие действие отбирающих факторов - природы и человека.
Впервые на уровне клеток получены и проанализированы основные количественные параметры во всех слоях и ядрах мозжечка - площади тела, ядра, цитоплазмы, ядерно-цитоплазматические отношения, тинкториальные свойства цитоплазмы, хроматиновые глыбки ядер клеток-зерен.
В настоящей работе впервые оценены нейронные популяции мозжечка по их однородности и гетерогенности, диапазону варьирования признака, локализации крайних вариантов при анализе типов клеток по степени хромофилии цитоплазмы, числу глыбок хроматина в ядре, линейным параметрам, плотности распределения нейронов.
Методом интерференционной цитометрии определен впервые белковый фонд структурных компонентов клеток и нейронных популяций изученных слоев и ядер мозжечка, выявлен и сопоставлен сухой вес и концентрация в них
суммарных водонерастворимых белков, оценена степень однородности и гетерогенности клеточных популяций.
Новыми данными по белковому фонду нейронов мозжечка позвоночных значительно дополнена, расширена и подтверждена информация об особенностях организации нервной ткани, проявляющаяся в преобладании суммарных белков в цитоплазме по сравнению с ядром в нервных клетках, в варьировании показателей белкового фонда в крупноклеточных и мелкоклеточных нейронных популяциях.
На уровне клеточных популяций мозжечка по морфо-цитохимическим параметрам проведен корреляционный анализ для определения степени зависимости между морфометрическими параметрами (размерами клеток и их плотностью), морфо- и цитохимическими параметрами (линейными параметрами клеток и показателями белкового фонда) на уровне нейронных популяций мозжечка позвоночных.
В настоящей работе впервые представлена взаимосвязь между эволюционными преобразованиями структурно-функциональной организации мозжечка позвоночных и становлением приспособительных реакций на уровне цито- и протеиноархитектоники нейронов и нейронных популяций, обеспечивающих в совокупности с другими критериями, пластичность изучаемой структуры.
Получены впервые морфо-цитохимические данные, позволяющие выделить основные тенденции и закономерности в филогенезе мозжечка позвоночных относительно специфики в проявлении тинкториальных свойств; степени однородности и гетерогенности нейронных популяций по морфо- цитохимическим параметрам функционально различных типов клеток мозжечка представителей сравнительно-анатомического ряда позвоночных; обусловленности вариаций морфо-цитохимических параметров филогенетическим возрастом позвоночных, специализацией в освоении сред обитания, двигательной активностью, способом добывания пищи; наименьшей вариабельности изученных признаков в нейронных популяциях клеток-зерен зернистого слоя, единственных клеток мозжечка, обладающих возбуждающим действием.
Впервые для животных сравнительно-анатомического ряда Позвоночных, отличающихся двигательной активностью, средой обитания, степенью приближенности к человеку получены, сопоставлены и проанализированы показатели структурного уровня (плотность распределения нейронов, линейные параметры клеток), функционального уровня (содержание суммарных белков в структурных компонентах клеток, нейронных популяциях), регуляторного уровня (концентрация водонерастворимых белков в структурных компонентах нейронов, нейронных популяциях) и выявлена между ними коррелятивная зависимость.
Теоретическое и практическое значение. Результаты настоящего исследования имеют фундаментальную направленность и вносят существенный вклад в разрешение проблем эволюционной нейроморфологии - выявлению закономерностей эволюционной пластичности нервной системы на клеточном уровне и уровне популяции клеток.
Сравнительный анализ морфометрических и цитохимических данных дает возможность выяснить общие закономерности цито- и протеиноархитектоники мозжечка в связи с его сложными морфо-функциональными преобразованиями в филогенезе позвоночных; позволяет понять и оценить глубину и сложность его морфо-функциональных перестроек в сравнительно-анатомическом ряду позвоночных на клеточном уровне и уровне клеточных популяций с учетом экологических особенностей видов.
Полученные результаты позволяют говорить о комплексе объективных критериев при оценке приспособительных возможностей на клеточном и популяционно-клеточном уровнях в условиях нормальной жизнедеятельности животных, адаптированных к разным средам обитания. Полученные данные по экологической морфологии мозжечка дают возможность оценить роль факторов среды, образа жизни, пластичности двигательных функций в формировании специфических черт организации изученной структуры мозга.
Данные исследования дополняют и расширяют с позиций нейроморфологии на клеточном и популяционно-клеточном уровнях знания, касающиеся структурно-функциональной организации образований мозга сравнительно-анатомического ряда позвоночных, адаптированных к дикой природе или имеющих в той или иной степени отношение к человеку и представляющие интерес для различных отраслей естествознания, народного хозяйства (рыбоводства, птицеводства, звероводства, разведения и содержания лабораторных животных). Полученные результаты позволяют глубже познать биологию животных (синантропные птицы, млекопитающие), являющихся природным резервуаром инфекций и инвазий, опасных для здоровья человека и домашних животных. Данные исследования имеют значение для решения задач по охране, реконструкции и рациональному использованию фауны в условиях интенсивного антропогенного воздействия.
Сведения о закономерностях морфоцитохимических преобразований структур мозжечка в филогенетическом ряду позвоночных могут быть использованы для дальнейшего развития фундаментальных исследований в области эволюционной нейроморфологии. Результаты могут быть внедрены в учебный процесс медицинских вузов на кафедрах гистологии и эмбриологии при изучении разделов "Нервная ткань", "Нервная система", на кафедре биологии при изучении раздела "Эволюция нервной системы", «Изменчивость», «Популяционная генетика», «Биологические аспекты экологии человека», а также на кафедрах зоологии, анатомии ветеринарных и биологических факультетов высших учебных заведений при изучении разделов "Сравнительная анатомия позвоночных животных", "Анатомия и гистология домашних животных", "Сравнительная экология животных", «Эволюционная морфология нервной системы позвоночных».
Внедрение результатов в практику. По материалам исследования опубликовано 39 научных работ. Основные положения диссертации обсуждены и одобрены на 3-м конгрессе Ассоциации морфологов (Тверь, 1996); 4-м Российско-Шведском симпозиуме (Москва, 1996); 3-й Международной конференции стран СНГ по функциональной нейроморфологии «Колосовские чтения - 97» (СПб, 1997); Всероссийской юбилейной конференции АГЭ (СПб, 1997); 4-м конгрессе Ассоциации морфологов (Нижний Новгород, 1998); Республиканской научной конференции (Тюмень, 1998); 4-м съезде Российских морфологов с международным участием (Ижевск, 1999); V конгрессе Международной ассоциации морфологов (Ульяновск, 2000); в материалах конференции НИИ мозга РАМН «Новое в изучении пластичности мозга» (Москва, 2000); материалах международной конференции «Функциональная нейроморфология. Фундаментальные и прикладные исследования» (Минск, 2001); материалах Международной научно-практической конференции «Достижения эволюционной, возрастной и экологической морфологии» (Омск, 2001); VI Конгрессе Международной ассоциации морфологов (Уфа, 2002); «Колосовские чтения - 2002» (СПб, 2002); в материалах конференции НИИ мозга РАМН «Пластичность и структурно-функциональная взаимосвязь коры и подкорковых образований мозга» (Москва, 2003); Всероссийской научной конференции «Гистологическая наука России в начале XXI века: итоги, задачи, перспективы» (Москва, 2003), Всероссийской научной конференции «Морфологические науки - практической медицине» (Омск, 2004). Основные положения, выносимые на защиту:
1. В эволюционно-прогрессивном ряду позвоночных в слоях и ядерных образованиях мозжечка на клеточном и популяционно-клеточном уровнях выявлены вариации морфометрических и цитохимических параметров, между которыми установлена определенная степень корреляции.
2. Анализ мозжечка низших и высших позвоночных на уровне нейронных популяций дает возможность выделить общие закономерности, присущие морфо-цитохимической организации структуры мозга и закономерности, обусловленные филогенетическим становлением мозжечка в эволюционном ряду позвоночных, что делает возможным дифференцировать изученные признаки на две группы: эволюционно-консервативные, проявляющиеся у всех изученных представителей позвоночных и подчиняющиеся единым принципам становления нервной системы эволюционно - прогрессивные, отражающие пути становления и прогрессивного развития этой структуры мозга в процессе длительного действия эволюционных факторов.
3. В эколого-эволюционном ряду позвоночных полиморфизм морфо-цитохимических признаков нейронных популяций мозжечка обусловлен местообитанием, специализацией моторики, образом жизни, степенью приближенности к человеку. Вариации признаков расцениваются как экологические идиоадаптации на популяционно-клеточном уровне в изученном отделе мозга в разных эколого-морфологических группах позвоночных животных.
Пути эволюционных преобразований мозжечка в сравнительном ряду позвоночных животных
На ранних этапах развития позвоночных, когда передний мозг находится в зачаточном состоянии, мозжечок и средний мозг являются ведущей системой замыкания временных связей, моторной, компенсаторной и трофической деятельности (Орбели Л.А., 1940, 1962; Курепина М.М., Павловский Е.Н., 1946; Алексанян A.M., 1948; Карамян А.И.,56; Гильман И.М., 1962; Кабанов А.Н., 1964; Фанарджян В.В.1972; Курзина Н.П., 1983; Супин А.Я., 1985). По мере развития эта система нервной регуляции подвергается регрессивным изменениям, перестраивается и замещается новой. В новой системе корреляций нервных функций ведущим являются полушария переднего мозга. В последующем эта система путем новых перестроек заменяется более совершенной, где высшей формой нервной регуляции становится корковая. Смена этих систем отражает процесс приспособления организмов к меняющимся условиям среды и совершенствуется, отмечает автор, не путем прямолинейной эволюции, а путем неравномерного развития. На отдельных этапах старая система постепенно исчезает (например, мозжечок рыб), новая не достигает высокого совершенства (в данном случае - мозжечок амфибий), что выражается снижением функциональной способности ЦНС, которое ни в коей мере не рассматривается как возврат к прошедшим этапам (Herrick C.J., 1948). Это явление прогрессивное, так как на этих переходных этапах исчезают или перестраиваются старые формы нервной деятельности и начинается формирование качественно новых.
Развитие координационных систем у высокоорганизованных животных неразрывно связано с эволюцией мозжечка. На ранних этапах развития позвоночных, когда полушария переднего мозга находятся в зачаточном состоянии, мозжечок и средний мозг являются ведущей системой замыкания временных связей, моторной, компенсаторной и трофической деятельности (Карамян А.И., 1956, 1970). По мере развития эта система нервной регуляции подвергается регрессивным изменениям, перестраивается и заменяется новой. Формируется новая система корреляций нервных функций с ведущими полушариями переднего мозга.
Развитие мозжечка от круглоротых до млекопитающих (Лешко А.А., 1967, 1969; Бевзюк Д.В., 1967; Тофан В.Е., 1967; Фанарджян В.В., 1972; Дьячкова Л.Н., 1988; Cajal S.R., 1952; Jansen J., 1969; Crosby E.C.,1969; Verbitskaja L.B.,1969; Jarvik E., 1980; Voogd J., 1992) представляет сложный исторический процесс его морфофункционального становления, во многом отражающий степень и характер моторной активности животного, среду его обитания. Степень филогенетического развития мозжечка в сравнительно-анатомическом ряду позвоночных зависит от образа жизни животного, в частности его организация претерпевает усложнение при переходе от водного образа жизни к наземному. Форма, размеры и соотношение частей мозжечка сильно варьируют у представителей разных классов позвоночных и в целом коррелируют со степенью совершенствования его моторных функций. Мозжечок является специальной надстройкой моторной системы и центром своеобразной и вполне специфической деятельности. Как указали Ingvar S. (1918) , Сепп Е.К.( 1949), Оленев С.Н.( 1978, 1987), мозжечок является органом приспособления организма к влиянию таких факторов внешней среды как сила тяжести и инерция, влияющих на положение и движение животных. Сепп Е.К. (49) считал, что мозжечок приспособлен лишь к моторной деятельности, к элементарным процессам движения - действия и противодействия и не участвует в регуляции сенсорных и вегетативных функций организма. Мозжечок в ряду позвоночных в зависимости от того, отмечает автор, в какой мере животные нуждаются в преодолении силы тяжести и инерции, получает или мощное развитие, или же представляет собой совершенно незначительное образование. В пределах групп водных и наземных животных, по утверждению автора, влияние этих факторов разнообразно и зависит от формы тела, образа жизни, характера локомоции. Водные животные испытывают большее количество действующих факторов (кроме преодоления инерции своего тела, им необходимо преодолевать инерцию водной среды и движение воды), чем наземные, преодолевающие в основном только инерцию собственного тела. Сходные условия статики некоторых наземных позвоночных и рыб привели к сходному плану строения их мозжечка. Форма мозжечка птиц напоминает форму заслонки мозжечка рыб, так как у костистых рыб стабилизация при боковых колебаниях не так необходима, как в сагиттальной плоскости, у этих рыб сильно развита средняя доля мозжечка, иногда сильно заходящая в область желудочка среднего мозга в виде заслонки. У птиц мозжечок имеет форму очень длинной и узкой полоски, собранной в складки, такая организация обеспечивает стабилизацию в передне-заднем направлении, поддерживающую равновесие.
Локомоторная активность является одной из адаптации организма, направленная на обеспечение стабильной связи со средой обитания. Факторывнешней среды оказывают непосредственное влияние на величину двигательной активности, эта величина может быть использована как критерий для оценки адаптивных возможностей различных видов организмов и характеризуется различными морфологическими изменениями и физиологическими перестройками. Двигательные функции, как известно, обеспечиваются многими церебральными системами на разных уровнях головного мозга. Известно отношение мозжечка к регуляции двигательных, вегетативных, сенсорных функций, к адаптационно-трофическим и неспецифическим влияниям, к условно-рефлекторным механизмам. Еще Л.А. Орбели (1940, 1942, 1962) были сформулированы и подтверждены на современном этапе (Vercher J.L., Gauther G.V.,1988; Arenas J.J. 1997) положения в отношении двигательных, сенсорных и вегетативных функций мозжечка, его взаимосвязи с корой головного мозга. Из чего следует, что мозжечок является органом, стабилизирующим как эфферентные, так и афферентные функции организма, вплоть до функций органов чувств; является важным адаптационно-трофическим органом, регулирующим функциональную способность центров как соматических, так и вегетативных систем; между ним и корой головного мозга имеется теснейшая функциональная связь, с помощью которой обеспечивается координация взаимоотношений между врожденными и приобретенными формами нервной деятельности. Известно, что развитие 2-х надсегментных образований: большого мозга и мозжечка в филогенетическом ряду позвоночных животных совершается параллельно и сопровождается совершенствованием сложных двигательных функций. Эти положения нашли полное подтверждение в ряде исследований (А.И. Карамян A.M., 1956, 1970; Дж. Экклс, 1970; Фанарджан; В.В.,1995; Ito М., 1979, 1984; Chan - Palay V., 1977; Leiner Н.С., Leiner A. L., Dov R.S., 1986, 1987, 1989; Midlleton F.A.. Strick P.L., 1998; Wild J.M., Williams M.N., 2000).
Класс Reptilia - Пресмыкающиеся. Бегающие, ползающие и панцирные пресмыкающиеся
С целью уменьшения доли ошибки в процессе исследования и идентификации условий: контролировали толщину срезов (5-7 мкм), покровных стекол (0,14 - 0,15 мкм), использовали жидкость Апати, на контрольных препаратах на одно стекло помещали срезы мозжечка животных разных классов и проводили качественные реакции на РНП (Герштейн Л.М., Вавилов A.M., 1969). Метод Ниссля до сих пор удобен для общего анализа структуры клеток и клеточных популяций, так как состояние нуклеопротеидных комплексов в нейроне является адекватным показателем функциональной активности нервных клеток (Шабадаш А.Л., 1957, 1966). Мозжечок низших и высших позвоночных отличается степенью развития коры, уровнем дифференцировки центральных внутримозжечковых ядер, а также уровнем развития клеточных структур (Сепп Е.К., 1949; Карамян А.И., 1970, 1976; Андреева Н.Г., Обухов Д.К., 1999), поэтому было целесообразно для исследования использовать те клеточные структуры и популяции нейронов, которые прослеживаются в мозжечке на протяжении филогенеза позвоночных животных. При анализе нейронной организации мозжечка у представителей позвоночных при выделении одноименных типов клеток использовался единый подход и единые критерии, базирующиеся на классификациях нейронов мозжечка, предложенные А.М.Антоновой (1969), В. В. Фанарджяном А.Б. Мелик-Мусяном(991), Калиниченко С.Г. и В.Е. Охотиным (2003). Объективное отражение состояния структур ЦНС дает оценка нейронных популяций, которая основывается на полиморфизме отдельных нейронов с разными показателями структурного и метаболического уровней (Ярыгин В.Н., Лебедев Д.Б., 1979; Бгажба-Элива Т.М., 1983; Жигадло Б.А., Полянцев В.А., 1983; Бахтин Ю.Б., 1984; Чиженкова Р.А., 1986; Лютикова Т.М. с соавт., 1999). В мозжечке исследованы нейронные популяции молекулярного слоя, представленные звездчатыми клетками (ЗК), ганглиозного слоя - клетками Пуркине (КП), зернистого или гранулярного - клетками-зернами (КЗ), в нейронных популяциях центральных ядер мозжечка (внутримозжечковых ядрах - ВМЯ) - нейронами средних размеров (НСР), составляющих преобладающее большинство клеточных популяций.
Для получения объективных критериев структурной организации изучаемого органа использовали количественные морфометрические методы (Автандилов Г.Г.,1990; Леонтюк А.С., 1989; Боровиков В.П., Боровиков И.П., 1997). Для снятия информации с гистологических препаратов на светооптическом уровне использовали ручную морфометрию - линейное интегрирование (Автандилов Г.Г., 1990). Для вычисления плотности (р) распределения нейронов на единицу площади (S) — 1 мм использовали вариант микрометрических сеток. Использовалась квадратно-сетчатая окулярная вставка с 289 точками, при увеличении микроскопа 10x40 и толщине срезов 5-7 мкм. Плотность распределения нейронов молекулярного, зернистого слоев и ВМЯ определяли из расчета на 100 клеток в 10 участках поля зрения по сетке с длиной стороны наименьшего квадрата 10,6 мкм (его S составила 112,78 мкм2). В квадратно-сетчатой вставке количество малых квадратов составило 256, при этом S большого квадрата сетки составила 28871,68 мкм2. Используя данные среднего количества клеток в 10 полях зрения определяли их р в 1 мм2. Учитывая специфику расположения нейронов ганглиозного слоя (особенно высших позвоночных - птиц и млекопитающих) мозжечка, определяли р распределения КП на 1 мм длины слоя, пользуясь окулярным микрометром МОВ - 1x15 с линейкой для измерения линейных величин, учитывая увеличение микроскопа, величину делений барабана и измерительной линейки, осуществляли пересчет количества КП на 1 мм слоя. Исследовали не менее 10 полей зрения, анализировали вариабельность показателя для каждого вида.
Пользуясь винтовым окуляр-микрометром МОВ-1-15х измеряли линейкой измерительной системы оси эллипсов, мысленно вписанных в контуры клеток и ядер, вычисляли площади сечения тела (ST), цитоплазмы (Бц) и ядер (Бя), а также структурный ядерно-цитоплазматический коэффициент (сЯЦК), как отношение 8я/8ц, отражающий морфологические особенности нейронов изученных нейронных популяций мозжечка. Параметры снимали с клеток с сохранной структурой, которые имеют в плоскости среза ядрышки и четко выраженные места отхождения дендритов.
В нейронных популяциях молекулярного, ганглиозного слоев и ВМЯ дифференцировали клетки по их отношению к красителям, проводили подсчет числа нейронов с различной степенью хромофилии их цитоплазмы на окрашенных по Нисслю препаратах по методике, модифицированной Т.М.Лютиковой (1980). Подсчитывали количество нейронов в зависимости от степени хромофилии их цитоплазмы: нормохромные, гипохромные (светлые), гиперхромные (темные), тотально-гиперхромные, сморщенные и нейроны с признаками отчетливо выраженного хроматолиза (клетки-тени). Первые три типа нейронов рассматривали, как вариант нормы, обусловливающие относительную стабильность биологических процессов на уровне клеточных популяций.
Состояние нейронов зернистого слоя, в связи со своеобразием их структуры (кариохромные) нами оценивалось по характеру распределения, числу и величине хроматиновых зерен в ядре КЗ (Антонова A.M., 1969; Лешко А.А., 1969; Григорьева А.В.. 1986, 1987). На светооптическом уровне при увеличении (10x90) с использованием иммерсионного объектива, на препаратах, окрашенных по Нисслю, анализировали не менее 10 полей зрения. Дифференцировали КЗ по числу глыбок хроматина на 3 группы: 1-е низким содержанием (2-3 крупных глыбки); 2 - средним содержанием (от 4-5 до 6-7 глыбок средних размеров); 3-е высоким содержанием (8-9 и более мелких глыбок хроматина). Рассчет производили на 100 клеток от каждой особи, анализировали вариабельность показателя для каждой группы.
Информативным количественным цитохимическим методом - методом интерференционной цитометрии (Захарьевский А.Н., Кузнецов А.Ф.. 1961; Бродский В.Я.Д966; Hale А., 1958) проведен анализ белкового фонда в нейронных популяциях сравнительно-анатомического ряда позвоночных животных. На интерференционном микроскопе БИНАМ - Л - 212 в монохроматическом свете при длине волны 535нм на неокрашенных препаратах (после депарафинизации срезы заключались в дистиллированную воду под покровное стекло) с помощью измерительного устройства -компенсатора Сенармона в цитоплазме и ядре нейронов молекулярного, ганглиозного, зернистого и нейронов ВМЯ определяли количественно в фиксированной ткани суммарное содержание в клетках водонерастворимых белков, составляющих основу сухого веса клеточных структур.
Класс Mammrnalia - Млекопитающие. Отряд Rodentia - Грызуны. Планирующие, полуводные амфибионтные и мелкие норные животные
Число нейронов на единицу площади слоя варьирует в диапазоне до 400 клеток, при этом 66,5% нейронной популяции имеет р распределения в пределах 100 - 200 клеток, лишь 16,9% характеризуется более высокой р распределения - до 300 ЗК. Кривая нормального распределения по данной переменной относительно других позвоночных смещена влево (рис. 2а).
Ряд распределения по индивидуальным значениям ST ЗК лягушек имеет значительный разброс, охватывая интервал от 30 до 110 мкм . При этом 68,7% клеток имеют значения от 50 до 80 мкм2, из них наибольший процент (27,3%) составляют ЗК с ST ОТ 50 до 60 мкм . Еще 12,7% ЗК имеют мелкие размеры (до 50 мкм ) и 18,7% - более крупные (рис. За).
Ряд значений по переменной 8я нейронов варьирует также в широких пределах от 10 до 70 мкм2 , 69,3 % клеток имеют ядра от 20 до 40 мкм2 (36% - от 20 до 30 мкм и 33,3% - от 30 до 40 мкм ) и еще 26% имеют ЗК с более высокими значениями SK (рис. Зв). Вариационный ряд по показателям S4 в отличие от ранее рассмотренных переменных менее широк и включает ЗК от 20 до 60 мкм , при этом 38,7% клеток имеют низкие значения от 20 до 30 мкм2 , максимум ЗК (50,7%) с показателями (30 - 40 мкм ) и лишь 10,6% имеют значения выше 40 мкм (рис.Зб). По степени хромофилии цитоплазмы преобладающее большинство ЗК (73,2%) нейронной популяции молекулярного слоя были нормохромные, 17,4% - гиперхромные и 9,4% - гипохромные (табл. 8). Ганглиозный слой. Клетки Пуркине Клетки ганглиозного слоя широко рассредоточены в мозжечке лягушек и многие из них перемещаются в молекулярный слой. КП у лягушек чаще овальной формы, ядра таких клеток крупные, а ободок цитоплазмы узкий, ядрышко не всегда четко дифференцируется. Тигроид мелкозернистый, диффузно распылен около ядра (рис. 9.2). Число КП на единицу площади (1мм ) составило 412,8 ± 41,6 клетки, что теоретически соответствует 20 КП на 1 мм слоя. Средние значения показателя ST КП составляют 143,9 ± 2,8 мкм , при этом средние значения Бя были 63,1 ± 1,2 мкм2, Sn. - 80,8 ± 2,0 мкм2 (табл. 4,5,6). Показатели сЯЦК таких КП довольно высокие (0,8 ± 0,02), мало типичны для преобладающего большинства КП в сравнительном ряду позвоночных. Переменная по р распределения КП на единицу площади укладывается в диапазон от 200 до 700 клеток, при этом существенная часть нейронной популяции (80,3%) имеет р распределения в пределах от 400 до 500 КП, как и у рыб, но в большем процентном соотношении участков с р 400 (37,5%) и 500 (42,8%) КП. Кроме того, участки с более низкой (200 -300 КП) и более высокой (600 - 700 КП) р составили значения 10,7% и 9,9%. Такое соотношение КП отражает характер кривой нормального распределения (рис. 26). При пересчете р распределения КП на 1 мм слоя вариационный ряд охватывает интервал от 10 до 20 КП, при этом 96,3% слоя имеет р распределения КП в пределах 15 -20 клеток.
Как показал анализ вариационного ряда, среди ганглиозного слоя лягушек преобладали КП с ST от 50 до 300 мкм , из них 90,6% имели показатели в более узком диапазоне (100-200 мкм ), при этом максимум нейронов (67,3%) составили значения от 100 до 150 мкм2, доля крупных нейронов с ST выше 250 мкм была незначительной - 6,7% (рис. 4а).
Ряд распределения по Sn представлен значениями до 140 мкм2, как у щук, при этом 90% КП имели показатели от 40 до 80 мкм (44% - от 40 до 60 мкм и 46% - до 80 мкм ). Доля КП с мелкими и крупными ядрами в популяции была незначительной: с 8я до 40 мкм2- 1,4%, от 80 до 140 мкм2 - 8,7% (рис. 4в).
Для КП значения S4 соответствуют диапазону от 50 до 200 мкм2, из них 83,3% КП имеют показатели в пределах от 50 до 100 мкм2, 12,7% нейронов имеют значения переменной от 100 до 200 мкм , и лишь 4% составляют КП с показателями до 50 мкм2. Кривая распределения по переменной 8ц выглядит своеобразно (рис. 46).
В нейронной популяции ганглиозного слоя мозжечка лягушек преобладающее большинство КП (64,2%) были нормохромные, 21,9% составляют нейроны гиперхромные, 13,5% - гипохромные, лишь 0,4% были тотально-гиперхромные (табл. 9). Зернистый слой. Клетки — зерна
У наземных бесхвостых земноводных клетки этого слоя характеризуются крупными размерами и низкой р распределения в нейронной популяции (рис.9.2). Средние значения р распределения КЗ на 1 мм нейронной популяции зернистого слоя мозжечка составляет 12466,7 ± 989,4 нейронов. При этом нейронные популяции характеризуются наличием КЗ со средними показателями ST (61,2 ± 1,1 мкм2), Бя (31,5 ± 0,7 мкм2), S4 (29,7 ± 0,4 мкм2). Показатели сЯЦК таких КЗ выше 1 (1,06 ± 0,02), так как линейные размеры ядра этих нейронов выше таковых цитоплазмы (табл. 7). Число КЗ на единицу площади у лягушек варьирует в узком диапазоне - до 30 тыс. клеток, при этом больше половины популяции (61,8%) имеет минимальную р распределения нейронов (до 10 тыс.), и 35,1% от 10 до 20 тыс. клеток (рис. 2в).
Анализ переменной по индивидуальным значениям ST КЗ показал, что ширина распределения укладывается в диапазон от 30 до 100 мкм2, однако 96,6% нейронов имеют показатели от 40 до 90 мкм , из которых наличие КЗ с площадью 40 - 50 мкм составляют 22%, 50 - 60 мкм - 32% и в близких соотношениях КЗ с ST до 70 мкм (15,3%), 80 мкм (14%) и до 90 мкм (13,3%)(рис.5а).
Класс Mammrnalia - Млекопитающие. Отряд Rodentia - Грызуны. Планирующие, полуводные амфибионтные и мелкие норные животные
Количество нейронов на единицу площади у панцирных варьирует в диапазоне от 200 до 600 ЗК, однако в отличие от бегающих, 60% нейронной популяции имеет р распределения от 200 до 300 ЗК, что на 46,6% больше, чем у ящериц. На долю популяции с р нейронов от 300 до 400 клеток приходится лишь 20%, что на 35,4% меньше, чем у ящериц. В половину меньше у черепах встречались зоны с более высокой р (400-500 клеток). Кривая нормального распределения и ее пик у черепах смещены относительно таковых ящериц влево (рис. 11 а).
Вариационный ряд по показателям ST ЗК черепах шире и резко смещен вправо относительно бегающих. Максимум нейронной популяции составляют ЗК с показателями ST ОТ 60 до 90 мкм (78%), доля которых в нейронной популяции ящериц была незначительной (8,7%). Из них наибольшее количество ЗК (32,7%) имели показатели от 70 до 80 мкм , 25,3% ЗК были мельче - от 60 до 70 мкм и еще у 20% - крупнее (80 - 90 мкм ). Кривая нормального распределения по показателю ST ЗК черепах смещена относительно ящериц вправо (рис. 12.1).
Ряды значений переменных 8я и Su, у черепах также отличаются от таковых ящериц, они шире и смещены вправо, соответственно составив диапазоны от 10 до 60 мкм и от 20 до 70 мкм . При этом максимум значений, относительно, 8я приходится у черепах на интервал от 20 до 50 мкм (94,5%). Из них 46,6% нейронов имеют показатели от 20 до 30 мкм2, на долю которых в нейронной популяции ящериц приходится вдвое меньше, еще 35,3% - ЗК с 8я от 30 до 40 мкм2, процент которых у ящериц составил лишь 4,6%. Кривая распределения черепах смещена относительно бегающих рептилий вправо (рис. 13.1). По показателям Бц кривая нормального распределения также смещена вправо, вследствие того, что у черепах максимум нейронов приходится на интервал с показателями от 30 до 60 мкм (у ящериц от 10 до 40 мкм ) (рис. 14.1).
Сопоставление средних значений и вариационных рядов структурных компонентов ЗК молекулярного слоя черепах позволило отметить в ЗК наличие крупных ядер и небольшого ободка цитоплазмы. Показатели сЯЦК ЗК черепах составляют значение 0,76 (табл.7). Ползающие пресмыкающиеся. Vipera berus - Гадюка обыкновенная. Natrix natrix - Уж обыкновенный Число ЗК на площади в 1 мм2 ужей составило самое низкое значение среди изученных видов рептилий - 274 ± 24,5 клеток, что на 27,6% ниже, чем у ящериц. Для гадюк этот показатель также ниже ящериц на 24,8% (285 ± 27,8). При этом у гадюк средние показатели ST (48,6 ± 0,7мкм ) имеют значения выше таковых ящериц на 9,7%, а ужей ниже на 5,9% (41,7 ± 0,8 мкм ). Средние значения 8я ЗК гадюк превышают таковые ящериц на 27% (22,6 ± 0,4 мкм ), а ужей - лишь на 3,9% (18,5 ± 0,4 мкм ). Для ЗК гадюк показатели 8ц были ниже, чем у ящериц лишь на 2,3% (25,9 ± 0,5 мкм ), у ужей - 12,4% (23,2 ±0,5 мкм ). По сравнению с панцирными рептилиями значения всех анализируемых переменных в молекулярном слое у ползающих были существенно ниже (табл. 4,5,6). Структурный ЯЦК составил значение близкое к 1, для гадюк - 0,91 и для ужей - 0,81, что ниже показателей у ящериц и черепах (табл. 7). Вариационные ряды по показателям р распределения ЗК гадюк охватывали диапазон от 200 до 600 клеток на единицу площади, у ужей - от 200 до 500 ЗК. При этом у гадюк 89,2% популяции имела р распределения в интервале от 200 до 400 ЗК, из них 49,9% - с р 200-300 ЗК и 39,3% выше - до 400 клеток. Для ужей характерно другое распределение: 95% нейронной популяции имела вариации р от 200 до 400 клеток, из них 57,5% - от 200 до 300 ЗК, что на 7,6% больше, чем в популяции гадюк, а 25% популяции характеризовалась более высокой р - от 300 до 400 ЗК, что на 14,3% меньше, чем у гадюк. Исходя из рассмотренных вариаций р распределения ЗК, кривые нормального распределения по данным переменным у ползающих приближены и совпадают по максимальным точкам с таковой черепах, а по отношению к кривой распределения ящериц смещены влево (рис. 11а). Вариационный ряд по показателям ST сужается: у гадюк он составляет диапазон от 30 до 70 мкм , у ужей - от 20 до 70 мкм . Преобладающее большинство ЗК гадюк (72%) имеют показатели от 40 до 60 мкм2, ужей (70,6%) - от 30 до 50 мкм , при этом максимум нейронов у ползающих (гадюка- 42,7%, уж - 37,7%) приходится на класс от 40 до 60 мкм . Кривые нормального распределения у бегающих и ползающих рептилий располагаются в пределах одного диапазона, но моды гадюк и ужей смещены относительно таковых ящериц вправо (рис. 12.1). Ряд распределения по Бя ужа совпадает с ящерицей, у гадюки - сужается. Наибольший процент ЗК у гадюк (65,3%) и ужей (49,3%) имеют Бя от 20 до 30 мкм , что на 43,3% и 29,3% больше, чем у ящериц. В нейронных популяциях ужей еще 40,1% ЗК характеризуются более низкими значениями (от 10 до 20 мкм2), у гадюк таких ЗК в 2 раза меньше. Моды вариационных кривых ползающих рептилий смещены вправо по отношению к бегающим (рис. 13.1). Ряды распределения по 8ц ползающих и бегающих рептилий совпадают, однако в популяции ЗК ползающих (гадюки - 46,7%, ужи - 54,7%) преобладают нейроны с более низкими значениями (10 до 20 мкм ), что на 26,7% и 34,7% больше, чем у ящериц. Еще часть ЗК (гадюки - 45,3%, ужи - 40%) имеют S4 выше (10 до 20 мкм ). Кривые распределения по переменной 8ц ползающих более пологие, а наивысшие точки по сравнению с ящерицами смещены влево (рис. 14.1).
