Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из ведущих проблем современной нейроморфологии является выяснение закономерностей структурно-функциональной организации мозга, его интегративной деятельности и реализации пластических возможностей при экстремальных воздействиях. Мозжечок служит удобной моделью для изучения механизмов пластичности нервной ткани, так как его цитоархитектоника и функциональное значение отдельных нейронных популяций в норме достаточно хорошо изучены (Жукова Г.П.,1977; Оленев С.Н, 1987; Ito М., 1987; Harvey R.T., Napper P.M., 1988; Andersen B.B. et al., 1992).
В течение последних десятилетий сформировалась концепция о ведущих механизмах постреанимационной патологии мозга (Неговский В.А., 1986; Гурвич A.M., 1986, 1991, 1992; Пермяков Н.К. с соавт. 1986; Семченко В.В., 1984). Многочисленные экспериментальные исследования и клинические наблюдения свидетельствуют, что нарушение интегративно-пусковой деятельности мозжечка, одного из главных звеньев двигательного анализатора мозга, играет важную роль в развитии постреанимационных энцефалопатии, что и определяет актуальность исследования морфо-функционального состояния этого отдела мозга в динамике постишемического периода (Кривицкая Г.Н., 1980; Миротворчая Г.Н., 1980; Pulsmelli у/. А., 1985).
Фундаментальное изучение реактивных свойств структурных элементов мозжечка, реализующихся при гипоксическом воздействии, имеет важное значение и для разработки эффективных методов профилактики и лечения энцефалопатии у больных с системными и локальными нарушениями мозгового кровотока, так как управление механизмами компенсаторных реакций невоЗхМожно без знания закономерностей их развития в постгипоксическом периоде.
Имеющиеся в литературе работы, выполненные на разнообразных моделях клинической смерти, носят фрагментарный характер и ограничиваются в большинстве своем описанием деструктивных и частично компенсаторно-восстановительных
изменений отдельных нейронных популяций, преимущественно ганглиозного (Аврущенко М.Ш., 1984, 1988), молекулярного слоев коры и зубчатого ядра мозжечка (Нохрина Т.Я., 1993).
Анализ структурного обеспечения интегративной деятельности мозжечка в постишемическом периоде и функциональная интерпретация последствий ишемического воздействия возможна, на наш взгляд, только на основе комплексного изучения морфо-функционального состояния всех нейронных популяций и межнейронной интеграции, которую, как известно, определяют синапсы (Бабминдра В.П. с соавт., 1988), проявляющие высокую степень чувствительности к гипоксии (Боголепов Н.Н., 1983, 1988; Семченко В.В., Степанов С.С, 1988, 1989, 1994). Подобных исследований мозжечка животных, перенесших тотальную ишемию с последующей реперфузией, ранее не проводилось.
Цель работы. Выявить закономерности реорганизации основных структурных элементов нейронных сетей, обеспечивающих интегративную деятельность мозжечка, в динамике постишемического периода.
Задачи исследования.
1. Провести морфометрический анализ нейронных популяций
коры, зубчатого ядра и синашического пула молекулярного слоя
коры мозжечка интактных крыс.
-
Выявить структурные и количественные изменения клеточных популяций мозжечка после перенесенной тотальной ишемии.
-
Изучить ульграструктурные изменения межнейронных контактов и реорганизацию синаптического пула коры мозжечка в постишемическом периоде.
4. Выяснить структурные основы компенсаторно-
восстановительных процессов межнейронной интеграции в
мозжечке в динамике постишемического периода.
Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ морфо-функционального состояния нейронных популяций всех слоев коры и зубчатого ядра мозжечка в динамике постишемического периода. Использование адекватных приемов морфометрического анализа позволило сравнить количественные соотношения нейронов мозжечка интактных крыс и в различные сроки после оживления, выявить разную степень выраженности реактивных изменений и гибели различных нейронных
популяций, определяющих формирование структурной основы преобладания афферентной импульсации на грушевидные нейроны коры мозжечка и снижения афферентной нагрузки на нейроны зубчатого ядра в постишемическом периоде.
С помощью метода контрастирования мозга фосфорно-вольфрамовой кислотой и количественного анализа синаптического пула впервые изучена реорганизация межнейронной интеграции в молекулярном слое коры мозжечка и выявлены закономерности деструктивных и компенсаторно-восстановительных изменений межнейронных контактов в восстановительном периоде после перенесенной тотальной ишемии.
Показано, что в перые сутки постишемического периода редуцируется больше половины синаптических контактов молекулярного слоя, что определяет нарушение интегративной деятельности мозжечкав это время. Выявлен диффузно-очаговый характер реактивных изменений нейропиля, проявляющийся неоднородностью структурных изменений синапсов различных участков молекулярного слоя. Через 1, 3 и 7 сут выявляются очаги преобладания деструктивных процессов, в то время как в окружающем их нейропиле более выражены репаративные изменения.
Результаты исследования свидетельствуют о том, что в интактном мозжечке на уровне межнейронных контактов имеется значительный резерв пластичности, реализация которого осуществляется в ранние сроки после ишемического воздействия. Деструкция и гибель части синаптического пула вызывает гипертрофию сохранившихся контактов и активирует синап-тогенез, что приводит к формированию качественно нового уровня межнейронной интеграции в коре мозжечка через 30 сут постишемического периода.
Проведенный анализ различных форм структурной организации системы субсинаптических единиц в восстановительном периоде после тотальной ишемии показывает, что структурной основой реактивных изменений синапсов является реорганизация филаментозных образований синаптического цитоскелета, а характер и степень искривления плоскости контактов определяют морфо-функциональное состояние синапсов в постишемическом периоде.
Теоретическое и практическое значение работы. Выявленные закономерности реорганизации структурных элементов, обеспе-
чивающих интегративную деятельность мозжечка, существенно дополняют представления о пластических возможностях нервной ткани при недостатке кислородного и субстратного снабжения мозга. Подтверждается и углубляется положение о ведущей роли повреждения синаптической популяции в нарушении межнейронной интеграции в ранние сроки после оживления.
Данные о роли структурной реорганизации синаптического пула в восстановлении межнейронной интеграции в мозжечке после перенесенной тотальной ишемии могут быть использованы в учебном процессе на кафедрах гистологии и эмбриологии, нервных болезней, анестезиологии и реаниматологии медицинских академий, институтов, факультетов и институтов усовершенствования врачей при изучении механизмов пластичности нервной ткани, а также при написании учебных пособий и монографий.
Результаты проведенного исследования открывают определенные исследовательские перспективы и могут служить теоретической базой для целенаправленного поиска средств активации репаративных процессов в ЦНС при лечении и реабилитации больных, перенесших терминальные состояния. Цифровой материал может быть использован для информационной характеристики нейронных сетей и создания математических моделей нейронных комплексов головного мозга.
Апробация работы. Результаты исследования доложены и обсуждены на Всесоюзной молодежной конференции НИИ мозга АМН СССР «Многоуровневая организация церебральных функций» (Москва, 1991); научно-практической конференции «Компенсаторно-приспособительные механизмы внутренних органов и головного мозга в норме, патологии и эксперименте» (Тюмень, 1991); конференции «Профилактика и экспериментальная терапия экстремальных и терминальных состояний» (Омск, 1992); международном симпозиуме «Актуальные проблемы и перспективы развития современной реаниматологии» (Москва, 1994); объединенном пленуме проблемных комиссий «Эктремальные и терминальные состояния» и «Научные основы реаниматологии» (Кемерово, 1994);нейрогистологической конференции «Колосовские чтения-94» (Санкт-Петербург, 1994); 3-м съезде анатомов, гистологов и эмбриологов России (Тюмень, 1994); конгрессе Ассоциации морфологов (АГЭ) СНГ (Тюмень, 1994); заседании Омского отделения ВрНОАГЭ (Омск, 1995).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
Реактивные изменения межнейронных контактов молекулярного слоя коры мозжечка, нервных клеток коры и зубчатого ядра приводят к существенной структурной реорганизации нейронных сетей, обеспечивающих интегративную деятельность мозжечка, в постишемическом периоде.
-
Переход неактивных форм синапсов в активное состояние, гипертрофия сохранившихся межнейронных контактов, усложнение их пространственной организации, ускоренное созревание синапсов и новообразование межнейронных контактов являются основными структурными механизмами восстановления межнейронной интеграции в мозжечке и реабилитации его интегративной деятельности после перенесенной тотальной ишемии.
-
Структурная реорганизация синаптического цитоскелета и его специализированных филаментозных образований (плотные проекции и постсинаптическое уплотнение) лежит в основе деструктивных и компенсаторно-восстановительных изменений синапсов молекулярного слоя коры мозжечка в постишемическом периоде.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 210 страницах и состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, трех глав результатов собственных исследований, обсуждения, выводов, списка литературы и приложения. Содержит 12 таблиц и 51 рисунок (микрофотографии и графические комплексы). Список литературы включает 266 источников, из которых 136 опубликовано в отечественных и 130 - в зарубежных изданиях.