Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 5
Глава 2. Материал и методы 23
Глава 3. Ультраструктура капилляров коры голошого мозга пеи ишемии 30
Глава 4 . Ультраструктура капилляров коры голошого мозга в раннем постимическом периоде 53
Глава 5. Ультраструктура неироглиальных меток кош головного мозга при ишемии и в раннем посшпемйческом периоде 77
Глава 6. Ультрастругора нейронов и синапсов коры головного мозга при ишемии и в раннем постишемическом периоде 93
Обсуждение 115
Выводы 127
Список литературы 129
- Ультраструктура капилляров коры голошого мозга пеи ишемии
- Ультраструктура капилляров коры голошого мозга в раннем постимическом периоде
- Ультраструктура неироглиальных меток кош головного мозга при ишемии и в раннем посшпемйческом периоде
- Ультрастругора нейронов и синапсов коры головного мозга при ишемии и в раннем постишемическом периоде
Введение к работе
Для нормального функционирования центральной нервной системы большое значение имеет ее адекватное кровоснабжение, нарушение которого может привести к развитию значительных структурных и функциональных изменений, перерастающих, при определенных условиях, в патологический процесс. В настоящее время вопросы патогенеза нарушения мозгового кровообращения являются особенно актуальными.
Одним из важных аспектов современного учения о головном мозге являются те морфологические и физиологические изменения, которые возникают в капиллярах, нервных и глиальных клетках при различных воздействиях и тесно связаны с нарушениями обмена веществ в нервной ткани. В частности, значительный интерес представляет экспериментальное изучение реакций нервной системы на циркулятор-ную гипоксию (ишемию), так как кислородная недостаточность и, наряду с этим, затруднение транспорта веществ между кровью и тканью, является наиболее частой причиной различных патологических состояний, в том числе тех, которые возникают в экстремальных условиях.
Исследованиями многих авторов было показано, что при пирку-ляторной гипоксии (ишемии), вызванной путем выключения питающих мозг артерий и значительного понижения уровня общего артериального давления, в центральной нервной системе развиваются значительные структурные и функциональные изменения. В частности, ишемия вызывает снижение содержания в нервной ткани биогенных аминов, понижения уровня гликогена, изменение концентрации ионов водорода, натрия и калия в экстрацеллюлярной жидкости. При ишемии происходит ослабление и даже исчезновение дендритных потенциалов и
медленных отрицательных потенциалов коры головного мозга, при этом большое значение должны иметь морфологические, особенно, ультраструктурные изменения, возникающие в головном мозге при ишемии.
Б большинстве работ описаны ультраструктурные сдвиги в центральной нервной системе при длительных сроках гипоксии, когда разнообразные изменения накладываются одни на другие и трудно разобраться в последовательности возникающих явлений. Исследование кратковременной ишемии имеет те преимущества, что дает возможность выявить ультраструктурные изменения в отдельных компонентах нервной системы относительно в чистом виде, без вторичных и поздних нарушений. С другой стороны, большое теоретическое и практическое значение имеет выявление компенсаторных и репаратив-ных изменений в сосудистых стенках и нервной ткани после восстановления циркуляции крови.
Ультраструктура капилляров коры голошого мозга пеи ишемии
Результаты наших исследований показали, что ультраструктура капилляров коры головного мозга кроликов контрольной группы не отличается от таковой как интактных кроликов, так и других млекопитающих и поскольку тонкое строение этих образований детально освещено в литературе, мы не даем подробного описания и приводим несколько микрофотографий капилляров животных контрольной группы (рис.1,2).
Кратковременное нарушение кровообращения в коре головного мозга вызывает ряд ультраструктурных сдвигов в стенках кровеносных капилляров. Даже при ишемии длительностью 3 минуты были выявлены заметные ультраструктурные изменения, которые, прежде всего, выражалась в набухании цитоплазмы эндотелиальных клеток. Толщина эндотелиальных клеток при 3-х минутной ишемии равняется 0,266 ± 0,009 мкм (р 0,001) (рис.3). Наряду с утолщением эндотелиальных клеток, уменьшается число пиновдтозных пузырьков и цитоплазматических выростов на люминальной поверхности клетки. При ишемии длительностью 3 минуты количество пинопитозных пузырьков на I мкмг цитоплазмы эндотелиальных клеток равняется 22 і 1,1 (р 0,001) (рис.4), т.е. их число по сравнению с контрольным материалом уменьшается почти в два раза.
В эндотелиальных клетках особенно резкому изменению, как и следовало ожидать, подвергаются митохондрии. Во многих митохондриях кристы частично или почти полностью разрушены. Наряду с этим, в этих же клетках отмечаются митохондрии, структура которых ничем не отличается от нормальных. Довольно характерные изменения наблюдаются в самой эндоплазматической сети. Ее компоненты расширяются, вокруг цистер и канальцев эндоплазматической сети часто наблюдается скопление свободных рибосом. В некоторых участках цистерны и канальцы эндоплазматической сети подвергались резкому расширению.
Со стороны комплекса Гольджи отмечается расширение цистерн и вакуолей (рис.5). В зоне комплекса Гольджи в таких случаях часто наблюдается большое количество мелких и крупных вакуолей. Однако, наряду с этим, были отмечены и интактные эндотелиальные клетки, в которых изменения не выявлялись или они были незначительными. Что касается ядер эндотелиальных клеток, то здесь отмечается более или менее умеренная агрегация хроматина под внутренней мембраной. Ядра эндотелиальных клеток приобретают неправильную форму. Около ядра наблюдается скопление свободных рибосом (рис.6).
Базальная мембрана капилляров при ишемии длительностью 3 мин, оставалась интактной (рис.5,6). Толщина базальной мембраны при 3-х минутной ишемии не отличается от таковой контрольных животных и равняется 0,066 ± 0,001 мкм (рг:0,001) (рис.7).
В цитоплазме перицитов при ишемии длительностью 3 минуты наблюдается большое количество как свободных, так и связанных рибосом, а также растет число пиноцитозных пузырьков. Как и в эндотелиальных клетках матрикс некоторых митохондрий просветлен, кристы разрушены. Цистерны эндоплазматической сети расширены (рис.8). Часто в отростках перищтов наблюдаются единичные цистерны, мембраны которых покрыты большим количество рибосом. Отмечается также расширение цистерн и вакуолей комплекса Гольджи.
Особенно характерным для перицитов является значительное увеличение количества и размеров лизосом. Значительно варьируют как их размеры и форма, так и структура. Ъ частности, содержимое некоторых лизосом гомогенное, других - зернистое, а в некоторых на фоне темного матрикса, наблюдаются включения низкой электронной плотности (рис.8). Лизосомы локализованы одиночно или в виде небольших скоплений в различных участках цитоплазмы. Иногда они наблюдаются и в отростках перицитов. Ядра перицитов, как и в эндотелиальных клетках приобретают неровные контуры. Хроматин распределен неравномерно. Около наружной ядерной мембраны часто наблюдается большое количество свободных рибосом.
При ишемии длительностью 7 минут ультраструктурные изменения в капиллярах коры головного мозга еще более резко выражены! за исключением толщины эндотелиальных клеток. Утолщение эндотелиальных клеток по сравнению с 3-х минутной ишемией носит менее выраженный характер. Толщина эндотелиальных клеток при 7 минутной ишемии равняется 0,233 ± 0,008 мкм (р 0,001) (рис.3). Поверхность, обращенная к базальной мембране, приобретает бахромчатый характер. В цитоплазме эндотелиаяьных клеток количество пиноци-тозных пузырьков уменьшается по сравнению как с контрольным материалом, так и 3-х минутной ишемией. Они чаще локализованы ближе к базальной мембране. Количество пиноцитозных пузырьков на I мкм2 цитоплазмы эндотелиальных клеток при ишемии длительностью 7 минут равняется 18 ± 1,1 (р40,001) (рис.4).
В эндотелиальных клетках наблюдается расширение цистерн и канальцев эндоплазматической сети, вокруг них часто наблюдаются свободные рибосомы. Компоненты комплекса Гольджи расширяются, в них образуются крупные вакуоли со светлым содержимым.
В некоторых случаях, в местах стыка двух эндотелиальных клеток, удавалось увидеть тонкие складки - так называемые пограничные складки (рис.9,10,11). Иногда пограничная складка загибается, ее край смыкается с клеточной поверхностью, обособляя фрагмент просвета капилляра (рис.9,10). Таким образом, происходит как бы захват плазмы крови, которая затем погружалась в цитоплазму эндо-телиальной клетки в виде содержимого вакуоли (рис. 10). Появление большого количества вакуолей указывает на деструкцию эндотелиаль-ных клеток. В таких эндотелиальных клетках, где более выражены деструктивные процессы, общее количество рибосом резко уменьшается, хотя по-прежнему преобладает количество свободных рибосом над связанными. Необходимо отметить, что вышеперечисленные изменения в эндотелиальных клетках при ишемии носили различный, по степени выраженности, характер.
Ультраструктура капилляров коры голошого мозга в раннем постимическом периоде
Через 10 минут после восстановления мозгового кровотока, в капиллярах коры головного мозга можно наблюдать большинство из тех сдвигов, которые характерны для кратковременной ишемии. Однако необходимо отметить, что в капиллярах обнаруживается целый ряд ультраструктурных особенностей, указывающих на начало процессов восстановления нормального строения и (функции эндотелиальных клеток, базальной мембраны и перицитов.
Изменения в эндотелиальных клетках чаще выражены ярче, чем при 3, 7 и 15 мин. ишемии. В первую очередь следует отметить, что они утолщены сильнее, чем при 15 минутной ишемии. Толщина эндотелиальных клеток равняется 0,300 ± 0,010 мкм (р 40,001) (рис.3).
Через 10 минут после рециркуляции, как и при ишемии митохондрии сильно набухшие, отмечается фрагментация и дезорганизация крист, просветление матрикса. Иногда встречаются гиперосмирован-ные митохондрии. В ряце случаев внутренняя мембрана митохондрий частично или полностью отсутствует, иногда с трупом впросматри- вается. В цитоплазме эндотелиальных клеток, как и при ишемии (7 и 15 мин), иногда встречаются митохондрии, матрикс которых содержит миелиноподобные структуры (рис.17). Наряду с митохондриями, подвергшимся вышеописанным изменениям, часто наблюдаются почти неизмененные митохондрии (рис.18). Таким образом, картина изменений митохондрий как и при ишемии, носит резко выраженный полиморфный характер.
Эндоплазматическая сеть чаще представлена в виде коротких одиночных цистерн, хотя встречаются и длинные профили (рис.ЗВ). Преобладающее большинство цистерн эндоплазматической сети расширены, значительно реже встречаются уплощенные цистерны. Комплекс Гольджи хорошо развит, его компоненты расширены и располагаются в разных участках цитоплазмы.
Ядра эндотелиальных клеток через 10 минут после рециркуляции имеют разнообразную форму, глубокие инвагинаций придают ядру дольчатость. Нуклеоплазма по сравнению с контрольными животными высокой электронной плотности, хроматин часто образует зернистые скопления у внутренней ядерной мембраны (рис.19,20). Вокруг ядра наблюдается скопление свободных рибосом. Иногда рибосомоподобные частицы обнаруживаются в центральной части ядра (рис.19,20).
В постишемическом периоде как при ишемии, щель между смежными эндотелиальными клетками имеет такую же толщину, как у контрольных животных (рис.21,22).
Как отмечали выше, целый ряд структурных особенностей в эндотелиальных клетках указывает на начало процессов нормализации их структурно-функциональной организации. В частности, в цитоплазме эндотелиальных клеток резко увеличивается число пиноцитозных пузырьков, количество пиноцитозных пузырьков на I мгог цитоплазмы равняется 46 ± 1,7 (р 0,001) (рис.3). Увеличивается также количество микроворсинок и пограничных складок, направленных в сторону просвета сосуда (рис.18,22). В постишемическом периоде наблюдаются различные виды микроворсинок: пальцевидные - короткие и длинные, короткие микроворсинки с расширением на конце, ветвящиеся и анастомозирующие микроворсинки с расширением на конце (рис.18,21,22). Изменения базальной мембраны через 10 минут после рециркуляции также носит полиморфный характер. Местами она разрыхлена, утолщена и просветлена. В других случаях она разрушена и с трудом просматривается ее трехслойное строение (рис.20,21,23). Иногда наблюдается уплотнение и истончение базальной мембраны. Часто базальная мембрана, как и при 7 и 15 минутной ишемии, образует пальцевидные выросты в сторону окружающих структур (рис.24). Интересно отметить, что через 10 минут после рециркуляции по сравнению с 15 мин.ишемией, уменьшается толщина базальной мембраны и равняется 0,38 ± 0,002 мкм (р 0,001) (рис.7), т.е. базальная мембрана имеет такую же толщину, как и при 7 минутной ишемии.
В перицатах, как и при ишемии, наблюдается усиленный пино-цитоз (рис.23,25). В цитоплазме перицитов обнаруживается большое количество как свободных, так и связанных рибосом. Увеличено также количество цистерн эндоплазматической сети и комплекса Гольд-жи (рис.25). Компоненты комплекса Гольджи незначительно расширены, часто представлены несколькими группами, разбросанными в различных участках цитоплазмы. Митохондрии чаще имеют удлиненные контуры и достигают значительных размеров. В некоторых митохондриях заметна частичная фрагментация крист. В целом во многих митохондриях наблюдаются такие же изменения, как и в митохондриях эндотелиальной клетки (рис.21,25). В цитоплазме перицитов, как и при ишемии различной длительности, увеличено количество ЛИ30С0М (рис.23,25), однако иногда наблюдаются перициты, цитоплазма которых вообще не содержит лизосом или они малочисленны. Часто наряду с неизмененными отростками наблюдаются набухшие отростки, перицитов, цитоплазма которых не содержит органелл; иногда в них отмечаются одиночные, сильно набухшие и просветленные митохондрии (рис.21). Ядра перицитов, как и при ишемии, имеют неправильную форму (рис.25). Хроматин распределен неравномерно, часто конденсируется у внутренней ядерной оболочки.
Ультраструктура неироглиальных меток кош головного мозга при ишемии и в раннем посшпемйческом периоде
Как показали наши исследования, ультраструктурная организация нейроглиальных клеток кроликов контрольной группы не отличается от таковой как интактных кроликов, так и других млекопитающих. В настоящее время в литературе достаточно широко освещены вопросы тонкого строения нейроглиальных клеток (Э.И.Дзамоева, 1976; Maxwell , Kruger ,1965; Kruger , Maxwell ,1966; Wendell-Smith et al .Д966; Vaughn , Pease ,1967; King ,1968; Mori, Leb lond ,1969b; Murabe , Sano ,1981), поэтому мы не даем подробного описания, а только приводим несколько микрофотографий астроцитов, олигодендроцатов и микроглиопитов животных контрольной группы (рис.33,34,35). Структурные сдвиги в нейроглиальных клетках коры головного мозга при ишемии характеризуются большой мозалчностью - наряду с участками коры, где глиальные клетки заметно изменены -встречаются такие области, где практически не изменена структура как глиальных клеток, так и других компонентов нервной ткани. При 3-х минутной ишемии изменения, главным образом, наблюдаются в периваскулярных отростках астроцитов. Отмечается их гипертрофия и резкое возрастание количества частиц гликогена в одних отростках (рис.36,37) и уменьшение, вплоть до полного исчезновения в других (рис.37). Тела значительной части астроцитов сохраняют сходство с таковыми контрольных кроликов. Однако, цитоплазма некоторых астроцитов набухает, появляются пузырьки и вакуолы небольших размеров, значительно уменьшается количество цитоплазматических органелл. Матрикс митохондрий просветляется, отмечается дезорганизация крист. Б ядрах таких клеток хроматин собран в крупные глыбки и расположен как под внутренней ядерной мембраной, так и в центре. Ядрышко хорошо выражено и часто находится в непосредственной близости к внутренней ядерной мембране.
При ишемии длительностью 3 минуты олигодендроциты и микро-глиоциты в целом сохраняют большое сходство с таковыми контрольных животных. Наиболее четкая и заметно выраженная реакция астровдтарных клеток наблюдается при 7 и 15 минутной ишемии. При этом мозаич-ность структурных сдвигов продолжает сохраняться и наряду с клетками, претерпевавшими значительные ультраструктурные изменения, встречаются интактные клетки. При 7 минутной ишемии периваскулярные отростки астроцитов резко набухают, матрикс просветляется, появляются участки, лишенные каких-либо органелл (рис.37,38). Степень набухания отростков проявляется различно - в одних отростках набухание только начинается, тогда как в других очень резко выражено. В соме некоторых астроцитов наблюдаются такие же сдвиги, что и при 3-х минутной ишемии (рис.39), различие состоит только в том, что возрастает число измененных клеток и реакция в каждой из них выражена резко. При ишемии длительностью 15 минут степень реактивных изменений нарастает. Резко набухают астроцитарные отростки. Увеличивается количество астрсцитов с набухшей цитоплазмой (рис.40). Матрикс таких клеток просветлен, эндоплазматическая сеть представлена единичными, местами расширенными профилями, митохондрии набухшие, комплекс Гольджи в одних клетках хорошо сохранен, а в других отсутствует. Ядерная оболочка образует инвагинации, что придает ядру самые разнообразные формы (рис.40). Сохраняется очаговое расположение хроматина. Необходимо отметить, что, наряду с участками ткани, где отмечается значительное набухание тел и отростков астроцитов, встречаются такие области, где заметно расширены межклеточные щели, причем объем экстрацеллюлярного пространства возрастает пропорционально длительности ишемии. Возможно,это явление вызвано сморщиванием как нервных, так и глиальных элементов. Из-за сморщивания, в свою очередь, возрастает плотность отдельных образований, в том числе и астроцитов.
При 7 и 15 минутной ишемии лишь малая часть олигодендроцитов несколько активизируется - в их цитоплазме увеличивается количество плотных тел, цистерн эндоплазматической сети, митохондрии, отмечается разрастание комплекса Гольджи. В некоторых митохондриях наблюдается дезорганизация и разрушение крист. Из всех видов нейроглиальных клеток при кратковременной ишемии наименее выраженная реакция наблюдается в микроглиопитах (рис.41). Даже 15 минутная ишемия вызывает лишь незначительное возрастание числа микроглиопитов, при этом в цитоплазме некоторых из них наблюдается увеличение количества цистерн эндоплазматической сети, а также появление большого количества лизосом (рис.41). Ультраструктурные сдвиги в коре головного мозга кроликов при восстановлении мозгового кровотока носит такой же резко выраженный очаговый характер, как и при глубокой ишемии. Через 10 мин. после восстановления кровотока большинство периваскулярных отростков астроцитов набухают, матрикс просветляется, появляются участки, лишенные каких-либо органелл, отмечается просветление матрикса митохондрий и дезорганизация крист. Количество частиц гликогена в отростках астроцитов варьирует в широких пределах - некоторые отростки содержат гликоген в значи- тельном количестве, тогда как в набухших отростках они отсутствуют. Видимо, как при глубокой ишемии, так и в условиях восстановления кровотока мы имеем дело с перераспределением гликогена в отростках астроцитов. Значительные изменения обнаруживаются в телах астроцитов, что, в основном, проявляется в его набухании (рис.42). Часто набухшие астроциты расположены группами (рис.42). Хроматин в ядре таких клеток конденсируется в крупные глыбки различной величины, располагающиеся вдоль внутренней мембраны ядра, а также и в его центре. Цитоплазма просветляется, в ней обнаруживаются вакуоли, наблюдается деструкция митохондрий. Степень набухания цитоплазмы и отростков в разных астроцитах выражена не одинаково, в одних клетках она резко проявляется, тогда как в других только намечается. В цитоплазме некоторых астроцитов значительно возрастает количество плотных тел различной величины. Олигодендропиты через 10 минут после восстановления кровотока заметных изменений не претерпевают. Хроматин в ядре распределен неравномерно, часто его скопления располагаются на периферии и в центре ядра. Цистерны эндоплазматической сети хорошо развиты, много свободных рибосом и плотных тел.
Ультрастругора нейронов и синапсов коры головного мозга при ишемии и в раннем постишемическом периоде
Прежде, чем приступить к описанию экспериментальных данных, должны отметить следущее: ультраструктурная организация нейронов и межнейрональных связей коры изучаемых областей кроликов контрольной группы не отличается от таковой, как интактных кроликов, так и других млекопитающих. Тонкое строение этих образований достаточно детально освещено в литературе (А.А.Манина, 1966; Н.И.А] тюхина, 1967; С.А.Саркисов, Н.Н.Боголепов, 1967; Г.И.Кикнадзе, ИЛ.Лазриев, 1975; Palay , Palade , 1955; Palay Д956; Rosenb-ІиШ ,1962; Van der Loos ,1963; Uchizono ,1965; King ,1968; Jones, Powell ,1970; Peters ,1971), поэтому мы не остановились на описании материала, взятого у животных контрольной группы и для иллюстрации приведем несколько микрофотографий нейрона и синапсов коры контрольных животных (рис.44,45). Необходимо отме-тить также, что в коре головного мозга животных этой группы межклеточные пространства занимают в среднем 1,10 ± 0,05$ (р 0,001) объема нейропиля (рис.46).
При 3-х минутной ишемии обращает на себя внимание набухание лишь некоторых митохондрий в соме и отростках нервных клеток. Набухание митохондрий сопровождается просветлением их матрикса и незначительным уменьшением числа крист, целостность наружной и внутренней мембраны не нарушается. Остальные структурные компоненты остаются практически неизмененными, не меняется также объем экстрацеллюлярного пространства и он равняется 1,15 і 0,05$ (р4.0,001) объема нейропиля (рис.46).
7 минутная ишемия вызывает в коре головного мозга кроликов заметные структурные сдвиги, причем во всех изучаемых областях большинство изменений носит резко выраженный характер. Здесь, наряду с участками ткани, где все нервные и глиальные элементы сохраняют нормальное строение, встречаются области в которых наблюдается сморщивание и незначительное повышение электроннооп-тической плотности почти всех компонентов ткани (за исключением эндотелиальных клеток, перицитов и базальной мембраны кровеносных капилляров) и отчетливо увеличивается ширина межклеточных щелей. Как правило, в таких участках объем межклеточного пространства увеличено до 2,50 ± 0,10$ (р 0,001) (рис.46). Рядом с такими очагами часто расположены участки, где практически не изменена ширина межклеточных щелей и большинство компонентов ткани сохраняют нормальную структуру.
При 7 минутной ишемии изменениям подвержены только некоторые нейроны. В цитоплазме как в сморщенных, так и набухших нейронах наблюдаются набухшие митохондрий, при этом матрикс некоторых из них просветлен, а некоторых - заполнен осмиофшгьной массой. Однако, таким изменениям подвергается лишь часть митохондрий. Наиболее выраженная реакция наблюдается со стороны ядра: хроматин собирается в глыбки и располагается на периферии, в кариоплазме появляются ограниченные мембраной вакуоли (рис.47). Ядерная оболочка образует более многочисленные и глубокие инвагинации, чем в нейронах животных контрольной группы (рис.48). Это явление сопровождается увеличением числа компонентов гранулярной эндоплазма-тической сети, мембраны которых непосредственно связаны с наружной мембраной ядерной оболочки. В измененных нейронах наблюдается разрастание комплекса Гольджи, особенно заметно увеличение числа везикул, расположенных на периферии комплекса. Основная масса митохондрий в нейронах подвержена таким же изменениям, что и в других структурных компонентах ткани; незначительно возрастает число лизосом (рис.49), а канальцы и цистерны эндоплазматической сети не претерпевают какие-либо заметные изменения.. Б нейронах, расположенных в участках с расширенными межклеточными щелями, наряду с вышеуказанными изменениями, из-за сморщивания незначительно возрастает плотность расположения органоидов, причем в разных нейронах это явление выражено не в одинаковой степени.
Наиболее резко выраженная реакция при ишемии длительностью 7 минут обнаружена в синапсах. Изменения в пре синаптических тер-миналях более разнообразны, чем в других компонентах синапсов, что заключается в следующем: а) набухание митохондрий и уменьшение в них числа крист; б) появление полиморфных синаптических пузырьков и крупных вакуолей; в) редукции числа синаптических пузырьков, а в некоторых бутонах - их полном исчезновении; г) агрегации и склеивании синаптических пузырьков и отхождении таких комочков от активной зоны синапса (рис.50).
В постсинаптических дендритах и шипиках, наряду с измененными митохондриями, появляются полиморфные вакуоли. Кроме вышеуказанных сдвигов в некоторых синапсах увеличивается толщина слоя плотного вещества, связанного с пре- и постсинаптическими мембранами.
