Введение к работе
Актуальность проблемы
Одной из фуіщамептальньїх- проблем современной, эволюционной нейрофизиологии является изучение закономерностей морфофункционального созревания мозга в ходе онтогенеза. Среди структур мозга важную роль в контроле и координации движений играет мозжечок (Dow R.S., Momzzi G., 1958; Орбели ЛА, 1962; Ito М., 1984; Разумеев А.Н., Григорьян РА 1976). Морфологическая и функциональная- зрелость клеточных элементов мозжечка является одним из важных критериев его вовлечения в контроль стато-кинетических рефлексов при выполнении рефлекторных и сложных произвольных движений (Altaian J.and Sudarschan К., 1975; Ihach, 1978; Фанарджяи В.В.. Григорьян РА, 1983; Григорьян РА, Пригарина Э.И., 1988).
Для успешного выполнения функций быстрого и точного контроля движений мозжечок обладает богато развитой системой афферентной иннервации, ключевым элементом которой является клетка Пуркинье - единственный эфферентный нейрон мозжечка, идущий к его ядрам (Eccles J.С, Ito М. and Szentagothai J., 1967: Фанарджян B.B., 1976; Григорьян PA, Тарасова З.И., 1979; Тарасова Э.И., Григорьян PA, 1984; Фанарджяи В.В., Григорьян РА.. 1983; Фанарджян В.В., 2000).
С анатомической точки зрения клетка Пуркинье (КП) представляет весьма удобный объект для изучения цитоархитектоники мозжечковой коры благодаря своей упорядоченной - сравнительно однообразной, моиослойпой организации у всех позвоночных, своеобразию дендритной арборизации с обилием шипиков и уникальным в пределах ЦПС двойственным типом афферентной иннервапии-систсмами мшистых и лазящих волокон (Cajal R., 1911; Eccles J.C.el al, 1967; Mugnaini E, 1972; Ito M.? 1984; Voogd J., 1992, Llinas, 1992; Braitenberg V.. 2002: Womacketal., 2002).
В пределах класса млекопитающих размеры сомы КП заметно варьируют, микротрубочки и исйрофиламситы (Palay S.L., Chan-Palay V., 1974). В ряде работ показано, что с возрастом происходят инволюционные изменения в дендритной арборизации и размерах сомы КП, которые в конечном счете сопровождаются гибелью клеток, и нарушение афферентной иннервации (Sturrock R.R., 1989, 1990; Bertoni-I;reddari C.et al., 1991). В результате гибели эффективность синаптического действия КП в контроле движений ослабевает, движения становятся некоординированными, возникст шаткость в походке, теряется, плавность, быстрота и точность движений.
Общеизвестно, что двойственный характер иннервации КП выражается в неодинаковом сипаптическом возбуждающем действии па депдриты КП двух афферентных входов - систем лазящих и мшистых волокон. Лазящие волокна устанавливают прямой, моносннаптическои контакт с проксимальной частью дендритов, оказывая на КП самое сильное сииаптической действие в пределах ЦПС, которое завершается сложным спайком (Liccles J.C.et al, 1967; Brooks V.B., ThachW.T., 1981; Brooks V., Kozlovskaja Let al.. 1973; Llinas R., Sugimori M., 1992). В отличие от лазящих волокон термииали мшистых волокон вступают в контакт с апикальной частью дендритов КП, и тем самым оказывают слабое синаптическое действие, завершающееся простым спайком.
Приведенные данные позволяют сделать заключение, что морфологическая и функциональная зрелость клетки Пуркинье имеет критическое значение для эффективности синаптического действия афферентных входов на возбудимость КП, и по мере ее структурно-функционального оформления в ходе онтогенеза оказывавает более эффективный контроль координации движений.
Сочетание морфометрического исследования с изучением активности идентифицированных клеток Пуркинье у животных с разным уровнем развития двигательной деятельности в постиаталыюм периоде жизни является адекватным и актуальным и будет способствовать более углубленному пониманию тонких механизмов контроля движений и стато-кинетических рефлексов в период их формирования.
2. Цели и задачи работы
Цель настоящей работы заключалась в морфометрическом и электрофшиологическом изучении клеток Пуркинье мозжечка у зрело- и незрелорождающихся животных по мере их роста и развития в ходе онтогенеза. В задачи работы входило:
1. Изучить морфометрически изменение горизонтальных, вертикальных диаметров и объема клеток Пуркинъе у зрелорождающихся морских свинок в ходе их постнатального развития.
2. Провести сравнительное морфо метрическое исследование тех же параметров формы и объема клеток Пуркинье у незрело рождающихся - котят в ходе их постнатального онтогенеза.
3. Сопоставить морфометрические данные роста и развития клеток Пуркинье у изученных зрело- и незрелорождающихся животных с созреванием электрической активности идентифицированных клеток Пуркинье.
4. Сравнить скорость и темны изменения диаметров клетки и созревания ее до дефинитивной формы со становлением поведенческих и стато-кинетических рефлексов (стояние, опорная реакция и переворачивания, ходьба и бег) у зрело- и незрелорождающихся животных: морских свинок и кошек..
3. Научная новизна работы
Новизна работы состоит в том, что в ней впервые морфометрически изучены изменения горизонтальных и вертикальных размеров и объема КІІ и ядра у представителей зрело- и незрелорождающихся животных в постнатальиом периоде, начиная с новорожденных и вплоть до достижения сомы К11 дефинитивной формы
В работе впервые установлены сроки и темпы развития формы и размеров КП а также показаны критические периоды наиболее быстрого роста вертикальных и горизонтальных диаметров КП, в ходе постнатального развития зрело- и живо.
Наконец, новым в работе является сопоставление полученных изменений морфометрических параметров клетки Пуркинье у зрело- и незрелорождающихся животных с функциональной активностью идентифицированных клеток Пуркинье и поведенческим проявляением стато-кинетичесих рефлексов в соотвествующих возрастных исследованных животных. 4. Научная и практическая значимость работы
Экспериментальные данные, полученные в работе, могут быть использованы в практике для более точной диагностики двигательных расстройств мозжечковой этиологии как у детей различного возраста, так и у взрослых. А также в качестве теоретического обоснования тактики хирургических операций на мозжечке в условиях патологии (статический и иптепциональпый тремор, расстройство походки, гематомы мозжечка) с учетом соматотопической локализации в мозжечке. Помимо этого результаты данного исследования могут быть использованы при чтении курса по физиологии ЦПС в вузах биологического и медицинского профиля. Данные этой работы, как и предыдущих, выполненных в лаборатории, могут войти в руководства по физиологии. В целом полученный экспериментальный материал углубляет теоретические представляния о механизмах восприятия мозжечком афферентной информации, поступающей к его ключевой структуре - клеткам Пуркинье, которые осуществляют контроль и регуляцию быстроты, точности и плавности двигательного акта.
5. Основные положения, выносимые на защиту
1. У зрелорождающихся морских свинок процесс формирования дефинитивной формы клетки Пуркинье мозжечка занимает 4 недели постнатальной жизни. К этому сроку функционально созревают электрическая активность идентифицированных клеток Пуркинье и все стато-кинетические рефлексы.
2. В отличие от зрелорождающихся у незрелорождающихся котят сроки формирования дефинитивной формы и темпы возрастания объема клеток Пуркинье мозжечка заметно затягиваются до 6 - 7 недель постнатальной жизни. Соответственно изменению сомы клеток Пуркинье у котят повышается электрофизиологическая активность клеток Пуркинье и расширяется ассортимент позпо-моториых реакций от простого стояния к быстрой ходьбе и бегу.
3. При формировании дефинитивного строения сомы клетки Пуркинье мозжечка у зрелорождающихся животных наибольшие изменения размеры клеток Пуркинье претерпевают в первую и четвертую педелю постнатальной жизни, тогда как у незрелорождающихся животных котят- в третью и четвертую. 6. Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались в 1994 году на международном симпозиуме в Японии, посвященном позе и походке (Матсумото), на XXXIII международном Конгрессе физиологических паук (С-Петербург, 1997), на заседаниях Санкт-Петербурского общества физиологов в 2000, 2001, 2002 годах, на ежегодных собраниях Американского общества нейронаук: 30 Annual Meeting of American Society for Neuroscience (New Orleans, 2000), 3 Г Annual Meeting of American Society for Neuroscience (San Diego, 2001), 32r" American Society for Neuroscience (Orlando, 2002), па заседании лаборатории физиологии движений Рокфеллеровского университета США (1996) и на семинаре лаборатории физиологии ЦНС неврологического института Р.СДау в Портленде (США) в 1996 году.
7. Публикации
Основное содержание диссертации отражено в 12 публикациях, из них 4 статьи и 8 тезисов.
8. Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания-методики объектов исследования, изложения результатов, их обсуждения, выводов и списка использованной литературы, включающего работ отечественных и зарубежных авторов. Материал диссертации изложен па страницах, иллюстрирован рисунками и таблицами.
