ПОЛИМОРФИЗМ ГИСТОЭНЗИМАТИЧЕСКОЙ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ОДНОКРАТНЫХ ДВИГАТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК ДО « ОТКАЗА»

В системах неживой природы преобладают структуры статичные, равновесные, определяющие относительно устойчивые пространственные взаимоотношения между элементами. В живых системах на первое место по значению выдвигается динамическая физиологическая структура взаимодействия между элементами во времени [2,3]. Кардинальным признаком живой системы является ее способность на основе взаимодействия с суперсистемой «узнавать» элементы последней. В результате узнавания факторов суперсистемы развертываются процессы адаптации. Дискретность взаимодействия формирует не только обособленность систем, но и последовательную сменяемость их состояний [2]. Известно, что универсальные адаптационные ме ханизмы слагаются из ме ханизмов частны х, присущих конкретным живым объектам, поэтому на современном этапе развития науки исследователей особенно интересуют индивидуальные аспекты адаптационного процесса. Особенность наших исследований состояла в том, что фактор внешней среды (двигательная нагрузка) до - зировался животному индивидуа льно по состоянию кардиореспираторного аппарата, определяемому в процессе эксперимента.
Цель исследования заключалась в выявлении особенностей гистоэнзиматической перестройки элементов пирамидной, экстрапирамидной систем и сегментарного аппарата при воздействии индивидуально дозированных двигательных нагрузок до «отказа».
Материал и методика. Работа проведена на 24 беспородных собаках-самцах. Первая группа (14 животных) была интактной. Вторая группа (10 животных) состояла из собак, которым дозировали од нократные нагрузки до «отказа». Исследования проводились в соответствии с приказом Минвуза СССР № 742 от 13.11.84 «Об утверждении правил проведения работ с использованием экспериментальных животных» и № 48 от 23.01.85 « О контроле за проведением работ с использованием экспериментальных животны х» .
Скорость движения ленты тредмилла составила 15 км/час. После нагрузки животному внутривенно вводили 10% раствор тиопентала натрия (из расчета 0,5 м л на кг массы тела). Кусочки спинного мозга (четвертый поясничный сегмент), среднего мозга и моторной коры (поле Prc1) замораживали в о хла жденном до -70° жидким азотом изооктане и после изготовления криостатных срезов инкубировали в средах для выявления сукцинатдегидрогеназы (СДГ) и кислой фосфатазы (КФ) [4]. Фотометрию осуществляли на цифровом микрофотометре.
Математическую обработку первичных данных проводили при помощи компьютерной программы, позволяющей подсчитать средние значения и ошибку среднего, а также произвести разбивку выборки на заданное число классов с одновременным вычислением основных параметров информационного анализа. Достоверность определяли по критерию Стьюдента.
Результаты исследования и их обсуждение. Интактные животные изучались как группа, позволяющая выявить диапазон колебаний активности изучаемых ферментов. Продукт реакции СДГ пре дставлен в нейронах в виде полиморфных гранул фиолетового цвета, заполняющих цитоплазму, а иногда и аксонный холмик, на фоне которых выделяется светлое, неокрашенное ядро [7,8,9]. Обнаружено значительное колебание продукта реакции фермента, выраженное во всех изучаемых отделах центральной нервной системы, о чем свидетельствуют и предыдущие исследования [5,6]. Так, в мотонейронах спинного мозга, при среднегрупповом значении, равном 0,126+0,003 у. е., этот показатель колебался от 0,105+0,001 у. е. до 0,147+0,001. Оптическая плотность продукта реакции фермента в интернейронах спинного мозга также обнаружила значительные ко лебания у отдельных собак, однако общий разброс был выражен в меньшей степени, чем у мотонейронов. При среднем показателе, равном 0,114+0,003 у. е., минимальное значение составило 0,099 +0,001 у. е., а максимальное - 0,139+0,001 у. е. Характерно, что оптическая плотность продукта реакции СДГ в интернейронах интактных животных принимает достоверно меньшее значение по сравнению с мотонейронами (на 9,52%, р <0,01).
Выраженное колебание значений оптической плотности СДГ, отмеченное в нервных клетках, позволило разделить все нейроны на три класса - с высоким, средним и низким значением оптической плотности фермента.
Известно, что окислительные свойства мотонейрона являются одним из основны х факторов, определяющих тип мышечных волокон, им иннервируемых. Так, двигательные клетки с высоким уровнем окислительного метаболизма иннервируют «окислительные» мышечные волокна, отличающиеся небольшим диаметром и относительно небольшой скоростью сокращения [10,11]. Что касается интернейронов переднего рога спинного мозга, то мы не нашли в литературе работ, посвященных типологическим особенностям этих клеток, основанным на уровне окислительного метаболизма. Тем не менее, типирование нервных кле ток, учитывающее их гистоэнзиматическую неоднородность, позволило углубить наши представления об адаптации отдельных клеточных популяций к воздействию изучаемых факторов внешней среды. Анализ процентного соотношения количества нервных клеток 1, 2 и 3 типа среди двигательных и промежуточных нейронов показал, что между ними нет существенных различий (Табл.1.)
                                                                                                                             Таблица 1

 Относительная энтропия и распределение по типам нейронов различных отделов ЦНС на основе оптической плотности продукта реакции СДГ у животных интактной группы (%)

Продукт реакции КФ располагается в цитоплазме нейрона в виде темно-коричневых полиморфных гранул [12,13]. Оптическая плотность продукта реакции фермента колебалась во всех изучаемых отделах центральной нервной системы, однако эти колебания были менее выражены, чем у СДГ. По-видимому, гидролитические особенности нервной клетки обладают меньшей специфичностью, чем окислительные. Так, в мотонейронах спинного мозга этот показатель варьировал от 0,195+0,002 до 0,250+0,002 у. е., в интернейронах - от 0,175+0,003 до 0,237+0,002 у.е.
Оптическая плотность продукта реакции СДГ нейронов красного ядра колебалась в крупноклеточной части от 0,135+0,001 до - 0,199+0,002 у. е., в мелкоклеточной - от 0,138+0,001 до 0,206+0,002 у.е. Интересные результаты показал типологический анализ (Табл.1). Так, оказалось, что нейроны крупноклеточной части красного ядра по своим окислительным свойствам в большей степени однородны, чем нейроны остальных изучаемых нами отделов центральной нервной системы. Число нервных клеток, обладающих высокой оптической плотностью продукта реакции СДГ («окислительны х») в этой структуре на 6,36% больше, чем в мотонейронахспинного мозга и на 7,58% -чем в интернейронах (р>0,05).
В коре больших полушарий обнаружена выраженная неоднородность оптической плотности продукта реакции СДГ в разных слоях. Так, максимальное среднее значение показателя - 0,180+0,004 у. е. - найдено в III слое, минимальное - 0,114+0,007 у. е. - в VI слое. Также как и в других отделах центральной нервной системы, найдены значительные колебания показателя в разных слоях. Так, в VI слое, характеризующимся наличием полиморфных клеток, колебания были максимальны - от 0,069+0,001 до 0,162+0,001 у. е. Типологический анализ нейронов разных слоев показал, что они мало отличаются по процентном у составу клеток с разным уровнем оптической плотности (Табл.1). Характерно, что во всех слоях коры преобладают нейроны «окислительные», что связано с особенностями метаболизма этого отдела мозга, который, по мнению многих авторов, наиболее чувствителен к дефициту кислорода. Максимальное число таких нервных клеток отмечено в I слое.
Клетки мелкоклеточной и крупноклеточной частей красного ядра по показателю оптической плотности КФ достоверно не отличались. Максимальное значение его выявлено в V слое коры. Характерно, что этот слой, представляющий собой многоуровневое, полиморфное образование, выполняющий преимущественно проекционные функции, обнаружил не только высокую гидролитическую актив ность, но и наибольший разброс показателя. Так, при среднем значении, равном 0,261+0,006 у. е., оптическая плотность варьировала от 0,217+0,003 у. е. до 0,312+0,003.
Воздействие однократных нагрузок до «отказа» приводит к существенным изменениям изучаемых показателей во всех изучаемых отделах центральной нервной системы. Оптическая плотность продукта реакции СДГ в мотонейронах спинного мозга показала значения, достоверно меньшие по сравнению с интактной группой (на 11,9%, р<0,01). По сравнению с интактной группой уменьшается процентное содержание клеток 2 и 3 типов, за счет чего число нейронов с низкой оптической плотностью СДГ возрастает с 32,96 до 41% (р>0,05).
Оптическая плотность продукта реакции СДГ в промежуточных нейронах спинного мозга по ср авнению с интактной группой достоверно меньше (на 9,65%,р<0,05). Интересно, что при выраженном параллелизме динамики оптичес кой плотности продукта реакции СДГ в мотонейронах и интернейрона х, перестройка гистоэнзиматического профиля двигательных и промежуточных нервных клеток имеет совершенно иной характер. Уменьшение числа «окисли тельны х» клеток, отмеченное и в популяции мотонейронов, проис хо дит за счет увеличения нейронов не 1, а 2 типа. Таким образом, популяция промежуточных нейронов реагирует на однократные нагрузки до «отказа» со стандартной скоростью без привлечения таких мощных гликолитических резервов, которые используют двигательные клетки. По-видимому, это связано с теми воздействиями, которые испытывают мотонейроны со стороны скелетной мускулатуры, поскольку изменения, наблюдаемые в мотонейронах и в мышечных волокнах, ими иннервируемых, однонаправлены [14]. Интернейроны не обладают такой связью с периферией, как двигательные нервные клетки, чем, на наш взгляд, можно объяснить меньшую выраженность гликолитического процесса в этих образованиях. В нейропиле переднего рога спинного мозга обнаружены значения СДГ, на 21,2 % мень шие по сравнению с собаками интактной группы (p<0,05).

                                                                                                                           Таблица 2 

Относительная энтропия и распределение по типам нейронов различных отделов ЦНС на основе оптической плотности продукта реакции СДГ у животных, получивших однократные нагрузки до «отказа» (%)

В отличие от спинного мозга, в нейронах крупноклеточной и мелкоклеточной частей красного ядра не обнаружено достоверно меньших значений оптической плотности этого фермента. Отмечена отрицательная динамика показателя (на 10,3 и 9,94% соответственно, р>0,05).Анализ популяции нервных клеток по типам по - казал, что по сравнению с животными интактной группы значительно уменьшается число «окислительны х» нейронов. Это особенно выражено в крупноклеточной части, где уменьшение числа нейронов 3 типа идет преимущественно за счет увеличения клеток 1 типа, когда в мелкоклеточной части - за счет 2 типа.

Различные слои двигательной коры имели меньшее значение оптической плотности продукта реакции СДГ по сравнению с интактной группой. Максимальная разница обнаружена в III слое (на 16,1%, р<0,01), минимальная - в VI (на 0,88%,р>0,05). Анализ нейронной популяции с учетом типологии свидетельствует о достоверном снижении процента «окислительных» нейронов во всех слоях коры по сравнению с интактными животными. По сравнению с предыдущей экспериментальной группой число нейронов 3 типа уменьшилось в I и III слое, но увеличилось в V и VI слоях. Таким образом, в нижнем этаже коры при продолжении взаимодействия с сигналом происхо дит выравнивание процен тного соотношения клеток различной оптической плотности, что свидетельствует об адаптации этой субсистемы к фактору среды. Процессы, наблюдаемые в вер хнем этаже коры, связаны, на наш взгляд, с мощными гипоксическими изменениями, неизменно возникающими при нагрузках до
«отказа».
Оптическая плотность продукта реакции КФ в мотонейронах спинного мозга обнаружила тенденцию к увеличению (на 3,57%, р>0,05). В интернейронах динамики не выявлено. В красном ядре отмечено достоверное увеличение - в крупноклеточной части на 4,8% (р<0,05), в мелкоклеточной - на 8,26% (p<0,01). В коре больших полушарий также отмечено достоверное увеличение по сравнению с интактными собаками. Так, максимальная динамика выявлена в V слое (на 9,58%, p<0,01),минимальная - в I слое (на 5%,р<0,05).
Таким образом, животные интактной группы существенно отличались друг от друга по уровню оптической плотности окислительных и гидролитических ферментов. Выраженность этих отличий определяется уровнем организации центральной нервной системы. Так, в наиболее молодых в филогенетич еском отношении отделах мозга (мелкоклеточная часть красного ядра и моторная кора) обнаружен наибольший диапазон колебаний этих показателей. Воздействие однократных нагрузок до «отказа» способствует значительному уменьшению этого диапазона. Уменьшение процентного содержания «окислительных» нервных клеток, зарегистр ированное во всех изучаемых отделах мозга, свидетельствует о выраженных гипоксических изменениях, возникающих при двигательных нагрузках.

Список литературы

1. БЕЛОЦЕРКОВСКИЙ В.П. , БЕЛОЦЕРКОВСКАЯ Е.Н. , КА ШИРИНА Н.К. Морфоэнзимологические аспекты влияния симпатической денервации сосудов головного мозга на церебральные структуры. //Таврический медико-биологический вестник. - 2013. - Том 16, №1, ч.1 (61). - С. 24 -28.
2. БИРЮКОВА О.В., СТЕЛЬНИКОВА И.Г. Работоспособность при двигательных нагрузках и гипокинезии . - Н. Новгород: НижГМА, 2011. - 176 с.
3. КОЧЕТКОВ А.Г. Адаптационный процесс: компоненты, закономерности. // Регенерация, адаптация, гомеостаз. - Горький, Горьк. мед.ин-т, 1990.-С.57-67.
4. ЛОЙД З., ГОССРЯЦ Р., ШИБЛЕР Т. Гистохимия ферментов (лабораторные мето ды). - М.: Мир, 1982. - 271 с.
5. МАСЛОВ Н.В. Активность дегидрогеназ теменной коры крыс после действия гамма -облучения // Морфология. - 2010. - Т. 137, № 4. - С. 123.
6. НАСОНОВА Н. А., СОКОЛОВ Д. А. Структурно-функциональная характеристика стриопаллидарной системы при облучении ионизирующим излучением в малых дозах // Журнал анатомии и гистопатологии. – 2013. – Т. 2, № 1. - С. 43- 45.
7. CHALMERS G.R.,ROY R.R.,EDGERTON V.R. Adaptability of the oxidative capacity of motoneurons // Brain Res.-1992,Vo l.570. - P.1-10.
8. CULLHEIM S.,ULFHAKE B. Relations beetween cell body size, a xon diameter and axon conduction velocity of triceps sure alpha motoneurons during postnatal development in the cat // J.Comp.neurol.-1979,Vo l.188.- P.679- 686.
9. DONSELLAA R Y.,KERNELL D.,EERBEER O. Soma size and oxidativy enzyme activity in normal and chronically stimulated motoneurons of the cat s spinal cord // Brain Res., 1986. -Vol.385. -P.22-29.
10. EXERCISE-INDUCED MORPHOLOGICAL AND BIOCHEMICA L CHANGES IN SKELETA L MUSCLES OF THE RAT / P.W. Watt, F. J. Kelly, D.F. Goldspink et al.// Journal Applied Physiology. -1982. - Vo l. 53, N 5. - P. 1144 - 1151.
11. CROSS-ADAPTIVE RESPONSES ТО DIFFERENT FORMS OF LEG TRAINING: SKELETA L MUSCLE BIOCHEMISTRY AND HISTOCHEMISTRY / W.D. Daub, H.J. Green, M.E.Hous ton et al.// Can. Journal Physiol. Pharmacol. -1982. - Vo l. 60. - P.628-633..
12. MONOCHA S.L. Histochemical distribution of alkaline and acid phosphatase and adenosine triphosphatase in the brain of squirrel monkey.// Histochemie, 1970.-Vo l.21-P.221-235.
13. SETHI J.S., TANWAR R.K. Comparative distribution of acid phosphatase and simple esterase in the mouse neocortexand hippocampal formation //Acta Anat.,1989.-Vo l.135.- P.323 - 329.
14. EA GLESON K.L, BENNET M.R. Survival of purified motor neurons in vitro: effect s of skeletal muscle- conditioned medium // Neuroscience Letters. - 1983. - Vo l.38, №2. - P.187 - 192.