Морфологическая вариабельность гипоталамуса в обеспечении конституциональной стресс-реактивности

В настоящее время все чаще звучит мысль о том, что современная количественная морфология с введением в практику компьютерного анализа образов должна перейти от механической «оцифровки» численных показателей, описывающих структуры, к более сложным, интерпретирующим связям между элементами единой системы гистиона [Автандилов Г.Г., 2002; Писарев В.Б., с соавт., 2006; Hamano H. et al., 2002].

В переднем гипоталамусе удалось проанализировать и NO-зависимый механизм повреждения нейронов.

Окись азота участвует в механизмах повреждения нейронов при травме, острой ишемии мозга, стрессе и шоке. Любые процессы, ведущие к накоплению ионов Са2+ в клетке (энергетический дефицит, изменения активного ионного транспорта, глутаматная «эксайтотоксичность», оксидантный стресс), сопровождаются повышением уровня NO [Марков Х.М., 2006; Yamamoto F. et al., 2007; Gingerich S., Krukoff T.L., 2006].

Возбуждение NMDA рецепторов приводит к активации NOS-1 и повышенному высвобождению NO. В настоящее время нет однозначного мнения о роли оксида азота в механизме токсического действия глутамата. Его токсическое действие связано с нарушением митохондриального окислительного фосфорилирования и метаболизма рибонуклеотидредуктазы, образованием свободнорадикального соединения пероксинитрит-аниона, которое блокирует ряд нейрональных рецепторов, инактивирует фермент супероксиддисмутазу и вызывает углубление свободнорадикального окисления, приводящего к гибели клетки. Кроме того, пероксинитрит способен тормозить тирозинкиназу, входящую в активный центр нейротрофических факторов, увеличивая степень недостаточности трофического обеспечения мозга [Лискина Е.Б., 2003; Zanchi A. et al., 1995; Brenman J.E., Bredt D.S., 1996; Eliasson M.J. et al., 1999; Han H.S. et al., 2002; Meini A. et al., 2006].

В то же время, имеются сведения о том, что NO, активируя растворимую гуанилатциклазу, повышает синтез циклического гуанозинмонофосфата и может защищать нейроны при токсическом воздействии глутамата. Формирование нитрозониума-иона NO+, связывающего регуляторный центр NMDA рецепторов, уменьшает их возбудимость и снижает чувствительность к повреждению [Недоспасов А.А., 1998; Тотолян А.А., 2003; Малышев И.Ю., с соавт., 2004; Pringle A.K. et al. 1999; Golde S. et al., 2002; Yamamoto F. et al., 2007].

Таким образом, проявляется двойственная природа окиси азота, присущая многим природным модуляторам.

Результаты наших экспериментов свидетельствуют о неодинаковой экспрессии нитроксидсинтазы в переднем гипоталамусе.

У интактных крыс ВСР группы относительно высокий процент иммунопозитивных нейронов выявлялся в медиальном преоптическом, паравентиркулярном и супраоптическом ядрах, несколько меньше была экспрессия в POl, PeV и SCh. Экспрессия NOS-3 была относительно невелика, в сравнении с НСР группой. Наличие относительно высокого процента NOS-1-позитивных нейронов и малый коэффициент NOS-1/NOS-3, свидетельствующий о более высоком представительстве эндотелиальной нитроксидсинтазы, мы отнесли к предикторам более высокой стресс-реактивности. По-видимому, исходно низкое представительство эндотелиальной изоформы NOS имеет прямое отношение к последующей динамике стрессорного повреждения нейронов в этом участке ГМ и может быть использовано при разработке новых подходов к нейропротекции.

Действительно, при стрессе мы увидели различия в экспрессии нитроксидсинтаз по отдельным ядрам.

1. В SO и PV крыс ВСР группы при стрессе наблюдался относительно больший прирост NOS-1-позитивных нейронов и малый коэффициент NOS-1/NOS-3, что отражало более высоком участие эндотелиальной нитроксидсинтазы в развитии стрессорного повреждения нейронов.

2. В SCh стрессированных крыс ВСР группы наблюдался относительно меньший прироста NOS-1 и умеренный коэффициент NOS-1/NOS-3, что соответствовало меньшему повреждению нейронов.

В то же время, интенсивность повреждения нейронов при стрессе, зависящая от стресс-реактивности животных, в преоптической группе ядер, по-видимому, в малой степени была связана с местными механизмами взаимодействия двух изоформ нитроксидсинтаз.

Вентромедиальное ядро особенностей, связанных со стресс-реактивностью, практически не имело. Лишь у крыс ВСР группы нейроны VM имели несколько большие размеры ядра и меньшее отношение перикарион/ядро, среднее количество граничных астроглиоцитов было больше примерно на треть аналогичного показателя у крыс с низкой стресс-реактивностью.

При стрессе степень повреждения нейронов в VM также не различалась между группами, была относительно высокой, составляя около 22%.

Как известно, вентромедиальное ядро функционально является «центром насыщения» и через свои многочисленные связи с различными структурами ЦНС и внутри гипоталамуса является классически модулирующим для большинства других ядер [Акмаев И.Г., 2003; Писарев В.Б. с соавт., 2006; Bowie A., O'Neill L.A., 2000; Tran P.V., et al., 2006; Goto S. et al., 2007].

По-видимому, фенотипически проявляющаяся высокая стресс-реактивность не требует каких-либо особенностей от строения VM, равно как она и не отражается на его вовлеченности в стресс-индуцированное повреждение гипоталамуса.

Дорсомедиальное ядро у интактных крыс имело многочисленные особенности в связи с их стресс-реактивностью. Для животных ВСР группы были характерны относительно более плотно расположенные крупные нейроны с большим ядром и объемом перикариона, малым объемом перикарионного окружения. Для таких нейронов характерно большое число граничных нейронов, микроглии и, в особенности, - астроглии. Процент катехоламинергических и глутаматцептивных нейронов был достоверно больше. На основании математического анализа мы отнесли DM у крыс с высокой стресс-реактивностью к числу «сильных», но со сниженной потенциальной резистентностью к стрессорному повреждению.

При стрессе степень повреждения нейронов в DM существенно различалась между группами: 7,2% в ВСР и 15,2% - в НСР группе.

У животных с высокой стресс-реактивностью ОД нейронов уменьшалась 10,7%, у крыс НСР группы - на 15%. Объемное отношение нейронного окружения к перикариону увеличивалось при стрессе в ВСР группе в 1,4 раза, в НСР группе - в 1,1раза. Коэффициент микроглия/нейрон возрастал на 23,9% в ВСР группе, на 81,3% - в НСР группе. При иммуногистохимическом выявлении тирозингидроксилазы зафиксировано частичное истощение синтетической активности катехоламинергических нейронов, более выраженное у животных с низкой стресс-реактивностью. В противовес этому, экспрессия GR2 увеличивалась без каких-либо существенных различий между группами.

Для объяснения подобного несовпадения между изначальным прогнозом и степенью стрессорных изменений нами были проанализированы возможные дополнительные факторы, имеющие значения для повреждения DM в связи с его функцией и участием в развитии стрессовой системы.

1. Как известно, DM относится к структурам, осуществляющим на уровне гипоталамуса коммуникацию между нейроэндокринными, вегетативными и поведенческими реакциями, включая участие в болевой (ноцицептивной) системе. Это обеспечивается наличием весьма широкого спектра медиаторов: норадреналина, серотонина, дофамина, ГАМК, ряда пептидов [Westphal R.S. et al., 1999; Morin S.M. et al., 2001; Lay A.J. et al., 2007; Goswami C. et al., 2007]. Не следует забывать о сексуальном диморфизме ядра и о его участии в регуляции полового поведения [Ахмадеев А.В., Калимуллина Л.В., 2006].

2. При стрессе в DM происходит многократное увеличение (взрыв) медиаторной активности, причем описано генетическое детерминирование силы ответа [Kovacs K.J., Sawchenko P.E., 1996; Paskitti M.E. et al., 2000; Lowry C.A. et al., 2003]. Сама территория DM при стрессе относится к уязвимым, и становится местом выраженных микроциркулярторных нарушений, отека и гибели нейронов [Смирнов А.В., 2003, 2005; Nedungadi T.P. et al., 2006].

3. Следовательно, объяснение столь мощного повреждения DM у животных с высокой стресс-реактивностью следует искать не столько в особенностях строения ядра до начала стресса, сколько в его более интенсивном вовлечении в развитие стрессовой системы при активации «сильных» триггерных ядер, прежде всего - PV. Это позволяет отнести механизм большего стресс-индуцированного повреждения DM у животных с высокой стресс-реактивностью к вторичным.

Аркуатное ядро у крыс с высокой стресс-реактивностью имело ряд особенностей. Прежде всего, для него были характерны относительно большая ОД нейронов, с несколько меньшие размеры ядер нейронов, но большие размеры перикарионов. При относительно небольшом объеме перикарионного окружения нейроны ARC у животных с высокой стресс-реактивностью имели большее число граничных астроглиоцитов и меньшее - микроглиоцитов. Для них характерны более низкие экспрессии тирозингидроксилазы и рецепторов глутамата. По результатам математического анализа ARC было отнесено к «сильным» ядрам с потенциально высокой устойчивостью к стрессорному повреждению.

Как и большинство ядер переднего и среднего гипоталамуса, ARC имеет множественное медиаторное представительство (дофамин, серотонин, брадикинин, ГАМК, нейропептид Y, субстанция Р, эндорфин), и выполняет ассоциативные и гормональные функции. Основные гормоны, происходящие из ARC - меланокортин и гонадолиберины, частично разделенные в ядре пространственно [Ахмадеев А.В., Калимуллина Л.В., 2006; Boche D. et al. 2003; Balkan B. et al., 2003; Wu Y.H., et al., 2006; Lowry C.A. et al., 2007].

При стрессе одни авторы указывают на умеренное [Демко П.С. с соавт., 2002; Кузнецов И.Э., 2003; Sharkey J. et al., 2000; Fonnum F., Lock E.A., 2004; Slikker W.Jr. et al., 2005], другие - на весьма высокое повреждение ARC [Писарев В.Б., 1990; Казакова Т.Б. с соавт., 2000; Смирнов А.В., 2003; Фролов В.И., 2004; Копылова Г.Н., с соавт., 2007].

В наших исследованиях, при стрессе степень повреждения нейронов в ARC достоверно различалась между группами: 2,6% в ВСР и 9,2% - в НСР группе. Аналогичные доказательства были получены и при корреляционном анализе основных морфометрических показателей.

Для дополнительного обоснования этого факта мы приняли во внимание несколько известных данных.

Во-первых, наибольшая концентрации рецепторов к кортиколиберину за пределами гипофиза выявлена в аркуатном ядре гипоталамуса [Slikker W.Jr. et al., 2005]. Это свидетельствует в пользу его быстрого вовлечения в работу стрессовой системы.

Далее (это уже наши находки), нейроны аркуатного ядра обладают у крыс с высокой стресс-реактивностью более высоким представительством катехоламинергических и глутаматцептивных нейронов, что определяет для этих ядер повышенную роль в модуляции силы и продолжительности стрессовой реакции.

Еще одна особенность лежала в специфичности ядра в связи с его участием в регуляции секреции половых гормонов. Освобождаемый из нейронов гонадолиберин только по «классической» схеме избирательно действует на клетки аденогипофиза. Реально локальное выделение этого релизинг-гормона в гипоталамусе сопряжено с активностью и секрецией не только половых гормонов, но и норадреналина, дофамина, гистамина, глутамата, ГАМК. Они обладают мощными связями с циркадианной ритмикой, акцепцией боли, и многими другими вегетативными функциями, а также иммунологической реактивностью организма [Николс Дж. Г., 2003; Васильев Ю.Г., с соавт., 2003; Калинкин М.Н., с соавт., 2004; Chan R.K. et al., 1993; Carloni S. et al., 2004]. Эти факты лежат в основе прямого доказательства параллелей между иммуносупрессивным и гипорепродуктивными эффектами хронического стресса [Клименко В.М., 1993; Friedman E.M., Irwin M.R., 1995; Dufourny L., Skinner D.C., 2002].

В мамиллярном комплексе наше внимание привлекли в основном две структуры: супрамамиллярное ядро и дорсальная часть премамиллярного ядра.

У животных с высокой стресс-реактивностью в супрамамиллярном ядре ОД нейронов, СО ядер и перикарионов нейронов, объемы нейронного окружения, среднее число граничных клеток на 12%-25% превышали аналогичные показатели у крыс НСР группы. При высоком микроглиальном представительстве в целом, коэффициент микроглия/нейрон был на 25% меньше в ВСР группе.

При стрессе у животных ВСР группы степень повреждения нейронов в SuM оказывалась значительно выше, чем в НСР группе (29,8% против 12,1%). Такие важнейшие для определения стресс-индуцированного повреждения ядра показатели морфометрии, как снижение ОД нейронов, увеличение СО ядер нейронов и увеличение коэффициента микроглия/нейрон были выражены в SuM у животных с высокой стресс-реактивностью значительно ярче, в сравнении с альтернативной группой.

В PMd объемная доля нейронов у крыс с высокой стресс-реактивностью на 24,9% превышала аналогичный показатель в НСР группе с низкой стресс-реактивностью, среднее число нейронов и средние размеры их ядер - на 20%. На каждый нейрон PMd у животных с высокой стресс-реактивностью приходилось на 39,6% больше граничных нейронов и на 51% больше граничных астроглиоцитов, в сравнении с аналогичными показателями в НСР группе. Остальные показатели существенно не отличались между группами.

При стрессе в PMd различий между группами в степени повреждения нейронов не было отмечено (около 12%). Не было различий у степени снижения ОД нейронов, изменения СО ядер нейронов, отношения окружение/перикарион и коэффициента микроглия/нейрон.

На основании математического анализа мы пришли к выводу, что SuM относится к «сильным» ядрам с потенциально высокой устойчивостью к стрессовому повреждению, а PMd - к ядрам, строение и резистентность которых к повреждению от стресс-реактивности практически не зависит.

Для объяснения феноменов, развивающихся в мамиллярном комплексе при стрессе, мы приняли во внимание следующие факты.

1. Мамиллярный комплекс относится к наиболее древним образованиям гипоталамуса и функционально связан скорее с другими отделами лимбической системы (прежде всего - гиппокампом), нежели с вентральными ядрами и секреторной частью гипоталамуса. Нейроны SuM и PMd этого комплекса оказывают тормозное ГАМК-ергическое влияние на кору, ретикулярную формацию и элементы лимбической системы. На основании наличия этих связей предполагают участие структур мамиллярной области в выявлении образов памяти и формировании эмоциональной окраски поведения, в том числе - при стрессе [Писарев В.Б. с соавт., 2006; Kovacs K.J., Sawchenko P.E., 1996; Wirtshafter D., 1998; Nakamura M., et al., 2007].

2. Исследуя PMd при хроническом стрессе, В.Б.Писарев с соавт. (1995) описали нейроны этих ядер как максимально резистентные к повреждению среди всех структур маммилярного комплекса, а нейроны SuM - как наименее резистентные. Предварительное повреждение мамиллярных тел сопровождается снижением скорости принятия решений при стрессорных нагрузках и усиливает степень стрессорного повреждения внутренних органов [Тарабрина Н.В. с соавт., 1996; Beracochea D.J., Jaffard R., 1995]

3. Следовательно, элементы мамиллярного комплекса не могут, за исключением SuM, быть отнесены к ключевым структурам, определяющим на уровне гипоталамуса стресс-реактивность и уровень стрессорного повреждения. Их собственное повреждение носит скорее перегрузочный характер и определяется относительно большей интенсивностью стрессорной афферентации лимбической системы у животных с высокой стресс-реактивностью.

Таким образом, проведя детальный анализ по отдельным ядрам гипоталамуса, мы можем утверждать, что на ультраструктурном, клеточном и тканевом уровне ядра и поля гипоталамуса (каждое - в разной степени) обладают широкой вариабельностью строения, в котором можно выделить устойчивые наборы признаков, свойственных животным с конституционально высокой и низкой стресс-реактивностью. С другой стороны, наличие (предсуществование) этих особенностей только частично определяет характер и выраженность последующих стресс-индуцированных изменений в этих структурах.

Изменения гипоталамуса при стрессе развиваются не во всех ядрах и носят комплексный характер, в качестве обязательных компонентов включая в себя сосудистые нарушения, повреждение и компенсаторную перестройку нейронов, изменения нервных проводников и реакцию нейроглиальных элементов (табл.2).

В целом, можно подтвердить, что конституционально высокая стресс-реактивность является фактором, обеспечивающим при стрессе относительно более высокое повреждение нейронов в супраоптическом, паравентрикулярном и супрамамиллярном ядрах и ретрохиазмальной области гипоталамуса, но меньшее повреждение нейронов в перивентрикулярном, супрахиазматичеком, дорсомедиальном ядрах и латеральной гипоталамической области. Эти различия не обязательно наблюдались только в ядрах с высокой интенсивностью стресс-индуцированных повреждений.

Обнаруженный полиморфизм изменений основных ядер гипоталамической области выявил ряд специфических черт, характерных для высокоорганизованных структур ЦНС:

- высокий процент клеток с сохранной структурой, находящихся в состоянии повышенной функциональной активности;

- большую зависимость изменений от локализации и функционального предназначения ядра, нежели от его васкуляризации и глиального представительства;

- выраженный краниокаудальный и дорсо-вентральный градиент поражения при полном отсутствии билатеральной асимметрии (рис. 5).

Таблица 2 - Степень повреждения нейронов (%, M±m) при 24-часовом иммобилизационном стрессе крыс с различной стресс-реактивностью

* - достоверные различия между интактными и после стресса, # - между ВСР и НСР группами

Дорсовентральный градиент

Медиолатеральный градиент

Рис. 5. Дорсовентральный и медиолатеральный градиенты плотности нейронов в супраоптическом ядре гипоталамуса при стрессе крыс с высокой стресс-реактивностью. Ось абсцисс - доли в масштабах ядра, ось ординат - удельная плотность нейронов.

При прочих равных в гипоталамусе в большей степени подвергаются морфофункциональным преобразованиям эволюционно молодые, лучше васкуляризованные и более функционально нагруженные области. Выявленные закономерности в целом не противоречат общим представлениям о нейроморфологии стресса [Крыжановский Г.Н., 2001; Зиматкин С.М., с соавт., 2003; Schiltz J.C., Sawchenko P.E., 2002; Ajmone-Cat M.A., et al., 2002; McGill B.E., et al., 2006; Ostrander M.M., et al., 2006].

Следующий вопрос, требующий обсуждения, - возможные пути и механизмы деплеции нейронов при стрессорном повреждении.

Во-первых, наблюдаемая в наших опытах при стрессе степень повреждения нейронов ни в одном из ядер и полей гипоталамуса не была фатальной. Оставшийся объем нейронов был вполне достаточен для выполнения функции ядра и поддержания его структурно-функциональной целостности. При этом степень повреждения существенно варьировала (от 2,9%-5,0% (то есть статистически недостоверного), до 25%-30%, что могло рассматриваться как повреждение средней степени с серьезными последствиями для самого ядра и организма в целом.

У животных НСР группы максимальные изменения фиксировались в VM (22%), DM (16,5%), PeV, SO, PV, SuM, PMd и латеральном гипоталамическом поле (все в пределах 11% -14,3%). У животных с высокой стресс-реактивностью степень повреждения в VM (21,8%) и PMd (12,1%) была аналогичной, в SO (22%), PV (25,6%), SuM (29,8%) - оказывалось значительно выше, а в PeV, SCh и DM - достоверно ниже, в сравнении с этими же показателями в НСР группе.

Таким образом, анализ степени стрессорного повреждения выявил несколько структур гипоталамуса, «актуальных» с точки зрения стресс-реактивности. Наиболее поражаемыми при стрессе являлись нейроны (в порядке убывания) в следующих ядрах гипоталамуса: паравентрикулярное, супрамамиллярное, вентромедиальное, супраоптическое.

Нами на основании математического анализа были выделены несколько ключевых изменений, связанных как со стрессом, так и различиями в стресс-реактивности животных.

1. Высокая стресс-реактивность ассоциируется с увеличением степени повреждения нейронов, уменьшением ОД нейронов и СО их ядер, что характерно для SO, PV, SuM, PMd.

2. Высокая стресс-реактивность ассоциируется с уменьшением степени повреждения нейронов, уменьшением ОД нейронов и СО их ядер, что характерно для SCh и DM.

3. Высокая стресс-реактивность ассоциируется с более выраженной микроглиальной реакцией, что характерно для SO, PV и SuM.

4. Высокая стресс-реактивность ассоциируется с менее выраженной микроглиальной реакцией, что характерно для DM и PMd.

Интересно, что такие исследованные показатели, как тканевое распределение нейрональной нитроксидсинтазы и ее соотношение с эндотелиальной изоформой, тирозингидроксилазы (дофаминергического представительства) и глутаматного рецептора не позволили прийти к сколько-нибудь однозначному заключению об их роли в нейрональном повреждении при стрессе, тем более - о его зависимости от стресс-реактивности.

При наличии стрессорного повреждения основная реакция в ядрах гипотатамуса, на наш взгляд, связана с изменением межклеточного взаимодействия микроглия - нейрон.

Большая сложность организации нейропиля ретрохиазмальной и латеральной гипоталамической области является одним из доказательств большего значения внешних связей гипоталамуса с таламусом и фронтальными областями коры головного мозга в обеспечении высокой стресс-реактивности в сравнении с нервными внутригипотамическими связями.

Изменения нервных волокон и нервных проводников характеризовались набуханием, гомогенизацией, избыточной аргирофилией и частичной фрагментацией. Максимальным изменениям подвергались нисходящие таламические волокна и эфферентные пути самого гипоталамуса, меньшему повреждению - афферентные восходящие волокна и гипоталамо-гипофизарные связи. На всем протяжении гипоталамуса, с постепенным уменьшением к преоптической области и усилением в вентральных отделах, обнаруживались мелкие и более крупные участки микроглиоза. В зонах максимального повреждения нейронов (PV, VM, SuM) возможно было появление мелких групп гипертрофированных микроглиоцитов, иногда с образованием зернистых шаров. Степень микроглиальной реакции была пропорционально степени нейронального повреждения и, соответственно, убывала в ряду PV, SO, VM, SuM > передняя и наружная группы ядер > PeV, RCh, AHL, PMd > POM, DM, ARC > остальные ядра преоптической области и мамиллярного комплекса.

При иммуногистохимическом окрашиванием на кислый глиальный протеин мы показали, что при стрессе наблюдается уменьшение фактора формы проводников, снижение отношения яркостей GLAP/матрикс более чем на треть в ВСР группе и на 45% - в ВСР, а также снижение объемной доли GLAP-позитивного материала.

Как известно, именно в сохранности проводников усматривается пролонгация работы стресс-системы на высоком уровне активности. При стрессе нейроны латеральной области быстро истощаются и становятся гипосекреторными [Талалаенко А.Н. с соавт., 2001; Bruses J.L., Rutishauser U., 1998; Kiss A., 2007; McCormick C.M., et al., 2007].

В любом ядре ГМ астроглия, олигодендроглия и микроглиоциты весьма плотно упакованы, но взаимодействие между этими клетаками не в полной мере определяется плотностью этой упаковки [Krasowska-Zoladek A., et al., 2007].

Обычно астроциты и микроглия клетки реагируют на повреждение нейронов репликацией. Они участвуют в удалении продуктов распада и восстановлении тканевых взаимоотношений. На первом этапе микроглиальные клетки и макрофаги, которые проникают в поврежденный участок ЦНС из крови, соответственно делятся и удаляют продукты распада умирающих клеток [Block M.L. et al., 2007; Taner D., et al., 2007].

Сразу после повреждения ЦНС микроглиальные клетки мигрируют к месту повреждения со скоростью около 300 мкм/час, аккумулируются на этом месте и фагоцитируют поврежденную ткань. Гибридизация in situ и иммунохимические реакции показали, что микроглиальные клетки продуцируют в месте повреждения ламинин -- молекулу экстраклеточного матрикса, которая способствует росту нейритов в культуре и in vivo.

Интересно, что глиальные клетки играют важную роль в захвате медиаторов в ЦНС, как при физиологических, так и при патологических условиях. Система транспорта, сосредоточенная в глиальных клетках, играет ключевую роль в предотвращении избыточного накопления глутамата во внеклеточном пространстве и гибели нейронов от эксайтотоксичности [Москалева Е. Ю., Северин С. Е., 2006].

При повреждении ГМ, в том числе стрессорном, глиальные клетки начинают выделять глутамат во внеклеточное пространство. Поврежденные и погибающие нервные клетки освобождают глутамат и К+, деполяризуют глиальные клетки и другие нейроны, которые в свою очередь освобождают еще больше глутамата [Чехонин В.П., с соавт., 2007; Block M.L. et al., 2007].

В подтверждение этому, в структурах медиального гипоталамуса (DM, VM), имеющих высокий процент глутаматцептивных нейронов, мы наблюдали максимальную степень повреждения нейронов при стрессе.

Еще одним из механизмов участия глиальных клеток в стрессорном повреждении нейронов гипоталамуса является их близкое расположение к элементам гематоэнцефалического барьера. Он располагается в местах соединения между эндотелиальными клетками кровеносных капилляров в мозге. Для того, чтобы проникнуть из крови в мозг, молекулы должны пройти через эндотелиальные клетки, а не между ними. Взаимодействия между астроцитами и эндотелиальными клетками мозговых капилляров носят специфический характер [Kwon M.S., et al., 2006; Taner D., et al., 2007; Lay A.J., et al., 2007].

Анализ эффектов, вызываемых гипоталамусом, крайне сложен ввиду разнообразия рецепторов и большого числа пептидов и непептидных медиаторов. Гипоталамус является областью мозга, управляющей общей активностью вегетативной нервной системы, а также регулирующей секрецию гормонов. Но и сам он подвержен многоступенчатому влиянию со стороны высших центров ЦНС, периферических афферентов и гормонов.

Тем не менее, мы считаем, что выявленные нами особенности строения гипоталамуса в связи со стресс-реактивностью и происходящих в нем при стрессе изменений, в свою очередь, определяют общую выраженность и течение стрессорной реакции.

Гипоталамус регулирует практически все интегративные вегетативные функции, включая температуру тела, аппетит, потребление воды, дефекацию, мочеиспускание, частоту сердечных сокращений, артериальное давление, половую деятельность, лактацию, а также, в более медленной временной шкале, рост тела. Именно в нем эмоции сопрягаются с вегетативными ответами: мысль о пище приводит к секреции слюны, ожидание физической нагрузки - к повышению симпатической активности и т. д. Одним из механизмов такого сопряжения является нормирование силы и скорости ответа, то есть формирование ритмики жизнедеятельности [Акмаев И.Г. с соавт., 2003, 2005; Gibson L.E. et al., 2006; Lowry C.A. et al., 2007; Stone E.A., et al., 2007; Ulrich-Lai Y.M., et al., 2007].

В одном исследовании проследить и спрогнозировать вовлеченность стресс-реактивности во все перечисленные процессы практически невозможно. Однако сопоставление особенностей строения ядер с их функцией позволяет считать, что животные с высокой стресс-реактивностью в силу особеностей строения PV, SO и SuM обладают более выраженным и относистельно непродолжительным эндокринным пиком, известным как триггерная реакция стресса. Изменения в этих ядрах при стрессе преимущественно определяются не их исходным строением, а повышенной нагрузкой на них в первую фазу стресса. Особенности строения SCh, DM и PMd обеспечивают у них же устойчивое развитие тормозных реакций и стресс-лимитацию. Изменения в других структурах гипоталамуса, равно как и особенности их строения, скорее всего, вторичны, и не носят принципиального характера с точки зрения морфологического субстрата стресс-реактивности.

Сами же по себе стресс-индуцированные изменения в нейронах любой области гипоталамуса при стрессе, как и следует из концепции этого процесса, строго неспецифичны, укладываются в общую схему патоморфологии нервной системы и могут иметь аналитическое значение только при их сопоставлении по локализации, интенсивности и по времени возникновения, а также в сравнении с изменениями других органов и систем.

ВЫВОДЫ

1. Животные с высоким и низким уровнем стресс-реактивности имеют предсуществующие (вне стрессового воздействия) особенности строения отдельных ядер и полей гипоталамуса. Наиболее вариабельными структурами гипоталамуса в связи со стресс-реактивностью у интактных животных в отношении плотности и размеров расположения нейронов, объема нейронного окружения, количества астро- и микроглии являются медиальное преоптическое, супраоптическое, супрахиазматическое, дорсомедиальное, супрамамиллярное ядра, а также нейропиль ретрохиазмальной и латеральной гипоталамической областей.

2. В зависимости от выявленных различий в строении нейронов, сложности организации и характера нейронного окружения, основные (актуальные) ядра гипоталамуса у животных с высокой стресс-реактивностью могут быть отнесены к одной из четырех групп: сложноорганизованные «сильные» ядра с потенциально высокой устойчивостью к повреждению (супрахиазматическое, аркуатное, супрамамиллярное и вентральная часть премамиллярного ядра), «сильные» со сниженной потенциальной резистентностью (паравентрикулярное и дорсомедиальное), «слабые» с высокой резистентностью (супраоптическое и перивентрикулярное ядра) и «слабое» с низкой резистентностью (медиальное преоптическое ядро).

3. Нейроны супрахиазматическиого и супраоптического ядер гипоталамуса животных с высокой стресс-реактивностью обладают общими ультраструктурными особенностями, заключающимися в относительно большей доли эухроматина в структуре ядра, в отсутствии инвагинаций кариолеммы, большей плотности органелл в цитоплазме перикариона, мономорфности митохондрий и относительно меньшей плотности их матрикса. Эти особенности в своей совокупности отражают более высокую функциональную активность и лабильность этих клеток при стрессорных стимулах.

4. Относительно высокая экспрессия нейрональной нитроксидсинтазы NOS-1 при сниженной экспрессии эндотелиальной нитроксидсинтазы NOS-3 является одним из ключевых особенностей ядер переднего гипоталамуса у крыс с высокой стресс-реактивностью. Наиболее выраженная вариабельность в экспрессии нитроксидсинтаз в зависимости от стресс-реактивности характерна для медиального преоптического, супраоптического и паравентрикулярного ядер.

5. Сочетание относительно высокой экспрессии тирозингидроксилазы (катехоламинергическое представительство) и низкой экспрессии рецептора GR2 (глутаматцептивное представительство) относятся к ключевым особенностям ядер среднего гипоталамуса, что в максимальной степени характерно для дорсомедиального ядра.

6. Наибольшая вариабельность строения нейропиля животных с различной стресс-реактивностью характерна для ретрохиазмальной и латеральной гипоталамической областей, и заключается в его более сложной организации, более плотном расположении волокон, почти вдвое большем показателе извитости волокон и большей экспрессии кислого глиального протеина GFAP.

7. При стрессе у крыс слабая или умеренная степень повреждения регистрируется не во всех ядрах гипоталамуса. Изменения в нейронах имеют неспецифический характер и мозаичны по выраженности у соседних клеток, причем различия в степени повреждения у животных с высокой и низкой стресс-реактивностью не полностью совпадают с различиями в строении этих ядер. В большей степени при стрессе у животных с высокой стресс-реактивностью повреждаются супраоптическое ядро (ВСР - 22%, НСР - 14,3%), паравентрикулярное ядро (ВСР - 25,6%, НСР - 13,8%) и супрамамиллярное ядро (ВСР -29,8%, НСР - 14,8%). Меньшая степень повреждения для животных с высокой стресс-реактивностью характерна для перивентрикулярного ядра (ВСР - 6,1%, НСР - 11%), супрахиазматического ядра (ВСР - 3,4%, НСР - 7,1%), дорсомедиального ядра (ВСР - 7,2%, НСР - 16,5%). При относительно высокой степени повреждения в вентромедиальном ядре (22%) и умеренной - в дорсальной части премамиллярного ядра (12%), они от стресс-реактивности не зависели.

8. На ультраструктурном уровне изменения в нейронах супраоптического и супрахиазматического ядер гипоталамуса при стрессе заключаются в основном в увеличении числа митохондрий, увеличении структурированности их крист, возрастании зернистости матрикса, увеличении числа рибосом и элементов эндоплазматического ретикулума. Эти изменения вместе с признаками истощения секреторных гранул были более выражены у крыс с высокой стресс-реактивностью.

9. У крыс с высокой стресс-реактивностью исходно высокая экспрессия нейрональной нитроксидсинтазы при низком содержании эндотелиальной изоформы NOS-3 в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах гипоталамуса сопровождается при стрессе еще большим приростом экспрессии нейрональной изоформы NOS-1 (до 70% позитивных нейронов), что соответствует более высокой степени повреждения нейронов в этих ядрах, которое было подтверждено морфологически.

10. По данным корреляционного анализа, выявлены многочисленные связи между морфометрическими характеристиками ключевых ядер гипоталамуса и количественными показателями стресс-реактивности. У животных с высокой стресс-реактивностью значение более плотного расположения нейронов выявлено у супрахиазматического, дорсомедиального, аркуатного, супрамамиллярного ядер и вентральной части премамиллярного ядра. Менее плотное расположение нейронов оказалось значимым у медиального преоптического, перивентрикулярного и супраоптического ядер. Значение более сложной организации микроокружения было доказано для супраоптического, супрахиазматического, паравентрикулярного, дорсомедиального и аркуатного ядер, менее сложно организованной - для перивентрикулярного ядра.

11. Более высокое количество микроглии оказалось значимым у крыс с высокой стресс-реактивностью только в дорсомедиальном ядре и дорсальной части премамиллярного ядра. Относительно малое количество микроглии было характерно для всех остальных исследованных ядер гипоталамуса.

12. При сохранении общего характера минимальных изменений или умеренного повреждения нейронов в конкретном ядре гипоталамуса стресс-индуцированные изменения определяются, при прочих равных условиях, сложностью его исходной организации, микроглиальным представительством, эволюционной зрелостью, медиаторным представительством и функциональным предназначением в стрессовой системе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Писарев В.Б., Ерофеев А.Ю., Потанин М.Б. Морфофункциональная характеристика коры и подкорковых структур головного мозга крыс при стрессе // Вестник Волгоградской медицинской академии. - 1995. - №1. - С.15-17.

2. Писарев В.Б., Туманов В.П., Ерофеев А.Ю., Потанин М.Б. Роль различных иерархических структур головного мозга при психоэмоциональном перенапряжении // Бюлл. эксп. биол. и медицины. - 1995. - №5. - С. 29-33*. 3. Потанин М.Б. Морфофункциональная характеристика коры головного мозга интактных крыс // Морфология компенсаторно-приспособительных процессов при различных патологических состояниях: Труды Волгоградской мед. академии. - Т. 54, вып. 2. - Волгоград: ВМА, 1998. - С. 123-146.

4. Потанин М.Б. Морфофункциональная характеристика коры головного мозга крыс, подвергнутых хроническому эмоциональному стрессу // Морфология компенсаторно-приспособительных процессов при различных патологических состояниях: Труды Волгоградской мед. академии.- Т. 54, вып. 2. - Волгоград: ВМА, 1998. - С. 147-159

5. Писарев В.Б., Ерофеев А.Ю., Потанин М.Б. Участие структур головного мозга в развитии психоэмоционального стресса // Теоретические и практические вопросы медицинской профилактики: Сб. научных работ, посвящ. 50-летию Волгоградского ОЦМП. - Волгоград, 1998. - С.105-107.

6. Писарев В.Б., Потанин М.Б. Морфофункциональное состояние головного мозга стресс-неустойчивых животных при иммобилизационном стрессе // Морфология компенсаторных и приспособительных процессов при действии стрессорно-повреждающих факторов внешней среды: Труды Волгоградской мед. академии. - Т. 57, вып.2. - Волгоград: ВМА, 2001. - С.101-112.

7. Потанин М.Б., Писарев В.Б., Гуров Д.Ю. Патоморфологические изменения в центральной нервной системе при наркотической зависимости // Морфология компенсаторных и приспособительных процессов при действии стрессорно-повреждающих факторов внешней среды: Труды Волгоградской мед. - Т.57, вып.2. - Волгоград: ВМА, 2001. - С.112-115.

8. Писарев В.Б., Гуров Д.Ю., Потанин М.Б. Морфологичеcкое и иммуногистохимическое исследование стриопаллидарной и лимбической систем головного мозга крыс с индивидуальной предрасположенностью к алкогольной зависимости // Вестник Волгоградского гос. мед. ун-та. - 2004. - №10. - С. 3-6*.

9. Потанин М.Б., Писарев В.Б. Морфофункциональная характеристика центральной нервной системы в норме и при токсикологическом эксперименте // Морфол. ведомости. - 2004. - N1-2 (прилож.). - С. 83*.

10. Потанин М.Б., Писарев В.Б. Характеристика изменений в центральной нервной системе при наркотической зависимости // Морфология - 2004. - N4. - С. 101*.

11. Писарев В.Б., Гуров Д.Ю., Потанин М.Б., Смирнов А.В. Вариативность индивидуальной организации подкорковых образований головного крыс, конституционально склонных и не склонных к наркотизации // Тез. докл. III Росс. Конгресса по патофизиологии России. - М., 2004. - C. 16.

12. Смирнов А.В., Писарев В.Б., Гуров Д.Ю., Потанин М.Б. Стереометрические и иммуногистохимические изменения в гигантоклеточных ретикулярных ядрах ствола головного мозга растущих крыс под влиянием стрессового воздействия // Тез. докл. III Росс. Конгресса по патофизиологии России. - М., 2004. - C. 159.

13. Писарев В.Б., Новочадов В.В., Гуров Д.Ю., Потанин М.Б. Современные подходы к оценке морфологии промежуточного мозга при конституциональной предрасположенности к алкогольной зависимости // Морф. ведомости. - 2004. - N3-4. - С. 23-24*.

14. Потанин М.Б. Нейроглиальные взаимоотношения в ядрах передней гипоталамической области животных с конституциональной склонностью к потреблению этанола // Бюлл. Волгоградского научного центра РАМН. - 2004. - N3. - С. 12-13.

15. Потанин М.Б. Особенности нейро-глиальных взаимоотношений в гипоталамической области животных с конституциональной склонностью к потреблению этанола // Нейронауки: теоретические и клинические аспекты (Украина). - 2005. - N1. - С. 43-44.

16. Писарев В.Б., Гуров Д.Ю., Потанин М.Б., Новочадов В.В. Новые подходы к изучению структурных основ конституционального аддиктивного поведения // Бюллетень сибирской медицины. - 2005. - Т. 4 (прил. 1). - С. 75.

17. Гуров Д.Ю., Писарев В.Б., Новочадов В.В., Потанин М.Б. Радиальная морфометрия нейронов в оценке конституционально обусловленных особенностей структур промежуточного мозга // Вестник ВолГМУ - 2005. - N1. - С. 6-8*.

18. Потанин М.Б. Супрахиазматическое ядро гипоталамической области: особенности строения, связанные с выской неспецифичексой резистентностью организма // Вестник ВолГМУ. - 2005. - №4. - С. 45-47*.

19. Потанин М.Б. Структурная вариабельность нейронов маммилярного комплекса крыс с различной конституциональной стресс-реактивностью // Вестник ВолГМУ. - 2007. - №2. - С. 24-28*.

20. Потанин М.В., Туманов В.П., Писарев В.Б. Особенности ультраструктуры нейронов супрахиазматического ядра гипоталамуса у крыс с различной стресс-реактивностью // Бюл. экспер. биол. и медицины. - 2007. - №11. - №11. - С. 495-500*.

* - журналы, рекомендуемые ВАК РФ для опубликования материалов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук (медицинские науки)

Размещено на Allbest.ru