Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ ГИППОКАМПА И МОТОРНОЙ КОРЫ КРЫС, ПОЛУЧАВШИХ ДОЗИРОВАННУЮ ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ

Зимушкина Н.А. 1 Косарева П.В. 1 Самоделкин Е.И. 1 Хоринко В.П. 1
1 ГБОУ ВПО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера» Минздрава России
Провели морфометрический анализ, изучили морфологию гиппокампа и моторной коры у крыс разного возраста при воздействии регулярной дозированной физической нагрузки. Исследование выполнили на 80 нелинейных белых крысах: молодых (4 мес) и старых (24–26 мес), самцах и самках. В результате – у молодых животных умеренные проявления энцефалопатии в гиппокампе и моторной коре нивелировались в группе с дозированной физической нагрузкой; морфометрические исследования продемонстрировали статистически значимое уменьшение количества дегенеративно измененных нейронов. При исследовании гиппокампа и моторной коры старых животных проявления энцефалопатии, вероятно, дисциркуляторного характера, в опытных группах встречались в статистически значимо меньшем количестве случаев, что было подтверждено и результатами морфометрических исследований. Заключение. Дозированная физическая нагрузка в молодом и пожилом возрасте способствует нормализации морфологических параметров нейронов гиппокампа и моторной коры.
дозированная физическая нагрузка
старые и молодые животные
нелинейные белые крысы
Морфология гиппокампа и моторной коры
1. Карантыш Г.В. Онтогенетические особенности поведенческих реакций и функциональных изменений в мозге крыс в моделях ишемии/гипоксии: автореф. дис. … д-ра биол. наук. – Ростов-на-Дону 2014; 44.
2. Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. / под ред. Миронова А.Н. Часть первая. – М.: Гриф и К, 2012; 944.
3. Шаповалова В.В. Структурно-функциональная организация пирамидного слоя гиппокампа правого и левого полушарий мозга белых крыс в норме и в восстановительном периоде после острой тотальной ишемии: автореф. дис. … канд. мед. наук. – Томск 2008; 22.
4. Ellis T, de Goede CJ, Feldman RG, et al. 2005. Efficacy of physical therapy program in patients with Parkinson's disease: a randomized controlled trial. ArchivesofPhysicalMedicineandRehabilitation 86:626-32.
5. Herman T, Giladi N, Hausdorff JM. 2009. Treadmill training for the treatment of gait disturbances in people with Parkinson's disease: a mini-review. Journal of Neural Transmission 116:307-318.
6. Hillman C.H., Erickson K.I., Kramer A.F. 2008. Be smart, exercise your heart: exercise effects on brain and cognition. ‘’Neuroscience: NatureReviews’’ 59-65.
7. Lodge D.J., Grace A.A. Aberrant hippocampal activity underlies the dopamine dysregulation in an animal model of schizophrenia. J. Neurosci. 2007 Oct. - 17;27(42): 11424-30.
8. Marosi K. The effects of regular physical activity on brain ageing in animal models. Ph.D. Thesis. Budapest 2012; 10 рр.
9. Paxinos G., Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates. N.Y.: AcademycPress, 1998.
10. Pothakos K, Kurz M, Lau YS. 2009. Restorative effect of endurance exercise on behavioral deficits in the chronic mouse model of Parkinson's disease with severe neurodegeneration. BMC Neuroscience 10:6:1-46.

Исследование принципов онтогенетического развития остается актуальной задачей теоретической и практической биологии и физиологии; особое внимание уделяется вопросам онтогенетической эволюции мозга [1].

Физическая активность в настоящее время рассматривается не только как фактор профилактики нейродегенеративных заболеваний, но также и как терапевтическое средство, что основано на результатах функциональных исследований [4]. На сегодняшний день установлено, что занятия на беговой дорожке с частотой три раза в неделю и длительностью по 20-30 минут являются не только безопасным и экономичным способом увеличения скорости походки, но и восстановления ее ритма и, как следствие, улучшения качества жизни людей с болезнью Паркинсона; эти эффекты могут сохраняться в течение нескольких недель после окончания упражнений [5].

Недавние исследования в области неврологии продемонстрировали влияние физических упражнений на функции мозга в моделях на животных с неврологическими расстройствами и подчеркнули положительную роль физической нагрузки в отношении нейропластичности и самовосстановлении мозга [10]. Исследования на животных показали, что упражнения стимулируют рост нейронов, когнитивные функции, связанные с обучением и памятью, и оказывают положительное влияние на нервную систему [6]. Тем не менее, несмотря на большое количество исследований, влияние регулярных физических упражнений на старение мозга на протяжении жизни в значительной степени неизвестны [8].

Цель работы: изучение морфологии гиппокампа и моторной коры у животных разного возраста при воздействии регулярной дозированной физической нагрузки.

Материалы и методы. Исследования выполнены на 80 интактных животных (неинбредных белых крысах), разделеных на 4 группы по 20 особей в каждой (10 самцов и 10 самок): молодые (4 мес) - контроль и опыт (дозированная физическая нагрузка (ДФН)), и старые (24-26 мес) - контроль и опыт. Для дозированной физической нагрузки продолжительностью 17 дней, 20 мин/занятие [2] использовали аппаратно-программный комплекс «Ротарод» (ООО «Нейроботикс», 124498 Москва, Зеленоград, 2013).

Эксперименты проведены в соответствие с «Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных» (Приложение к приказу Минздрава СССР от 12.08.1977г.№755), с «Руководством по проведению доклинических исследований лекарственных средств Минздрава и социального развития РФ» (Часть первая. - М.: Гриф и К, 2012. - 944 с.).

Гистологические исследования выполнены по стандартным протоколам. Препараты окрашивали гематоксилином и эозином и метиленовым синим по методу Ниссля.

Анализ моторной коры (FrPaM) проводили на уровне (-0,3)-(-3,3) мм, структур гиппокампа - (-2,8)-(-3,8) мм от брегмы [9]; при микроскопии препаратов в гиппокампе выделяли 4 области - поля гиппокампа - СА1, СА2, СА3, СА4 [7].

Захват изображений обеспечивался использованием цифровой камеры для микроскопа CAMV200, Vision (Австрия). Количественный (морфометрический) анализ исследуемых гистологических образцов проводили с использованием программного пакета BioVision (Австрия). Определяли площадь тел пирамидных нейронов гиппокампа и внутренней пирамидной пластинки моторной коры.В каждом препарате осуществляли от 5 до 10 измерений, после чего вычисляли средние величины и стандартные отклонения для каждого случая, и средние величины по группам. Статистическая обработка полученных данных проводилась общепринятыми параметрическими и непараметрическими методами с использованием программы Biostat.

Результаты. У молодых животных контрольной группы (40 % самок и 80 % самцов) в гиппокампе выявлены отдельные клетки с признаками дегенерации - темные, сморщенные нейроны, с выраженным перицеллюлярным отеком. У самок - преимущественно в полях СА2 и СА3, у самцов, с наибольшей выраженностью в СА1 и СА4. При этом в морфологически неизмененных клетках отмечалась активация белок-синтетических процессов, что выражалось в появлении 2 ядрышек в ядре.

У молодых животных опытной группы (ДФН) дегенеративные изменения нейронов в соответствие с выше приведенными признаками, включая явления нейронофагии, мы наблюдали у 20 % самок - в полях СА1 и СА2 гиппокампа и 60 % самцов, преимущественно в полях СА1и СА4. В 30 % случаев дегенеративные изменения сопровождались появлением в морфологически неизмененных полях большого количества клеток с двумя ядрышками в ядрах.

Таким образом, у определенной части молодых животных в гиппокампе выявлены дегенеративные изменения пирамидных нейронов - с разной степенью выраженности и с разной локализацией, но преимущественно в полях СА1 и СА4. При этом у животных, получавших дозированную физическую нагрузку, эти изменения выявлялись у статистически значимо меньшего количества животных. То есть в нашем исследовании умеренные проявления энцефалопатии у молодых животных нивелировались дозированной физической нагрузкой.

При проведении морфометрических исследований установлено, что у животных, получавших дозированную физическую нагрузку (самцов и самок), размеры пирамидных нейронов гиппокампа статистически значимо превышали размеры пирамидных нейронов крыс контрольной группы (табл. 1).

Таблица 1

Площадь тел пирамидных нейронов гиппокампа молодых животных (по группам), M±m, мкм2

Группа

Площадь тел пирамидных нейронов гиппокампа, M±m, мкм2

СА1

СА2

СА3

СА4

Контрольная группа (интактные животные) самки, n=10

112,88±14,56

148,21±16,54

136,18±20,55

115,79±9,27

Контрольная группа (интактные животные) самцы, n=10

123,14±10,82

(р=0,579*)

161,92±14,09

(р=0,536*)

144,34 ±12,65

(р=0,739*)

129,38±18,14

(р=0,513*)

Опытная группа, самки, n=10

184,63±16,42 (р1=0,004#)

211,88±10,12 (р1=0,004#)

196,76±8,34 (p1=0,014#)

203,09±11,32 (p1=0,001#)

Опытная группа, самцы, n=10

205,68±19,33 (р=0,417*; p1=0,002#)

225,03±14,99 (р=0,477*; p1=0,007#)

225,8±17,92 (р=0,159*; p1=0,002#)

237,07±19,12 (р=0,144*; p1=0,001#)

* р Метод статистического анализа - критерий Манна - Уитни (самцы-самки).

# р1Метод статистического анализа - критерий Манна - Уитни (контроль-опыт).

В опытных группах также выявлялось значительно меньшее количество дегенеративно измененных, сморщенных клеток (табл. 2).

Таблица 2

Количество дистрофически измененных клеток в гиппокампе молодых животных (на тестовую единицу площади), %, M±m

Группа

СА1

СА2

СА3

СА4

Контрольная группа (интактныеживотные) самки, n=10

38,4±2,25

55,2±5,43

44,3±0,58

19,6±1,41

Контрольная группа (интактные животные) самцы, n=10

33,1±1,87

(р*=0,087)

19,6±0,74

(р*=0,000)

48,9±2,33

(р*=0,071)

29,38±0,55

(р*=0,000)

Опытная группа, самки, n=10

10,12±0,97

1#=0,000)

11,85±0,14

1#=0,000)

10,56±0,08

1#=0,000)

4,83±0,15

1#=0,000)

Опытная группа, самцы, n=10

24,29±0,52

(р*=0,000; р1#=0,000)

4,47±0,11 (р*=0,047; р1#=0,000)

29,71±0,22 (р*=0,000; р1#=0,000)

11,25±0,09 (р*=0,000; р1#=0,000)

* р Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (самцы-самки).

# р1Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (контроль-опыт).

При изучении морфологии гиппокампа старых животных группы контроля отмечались дегенеративные изменения нейронов разной степени выраженности - от незначительного помутнения цитоплазмы до потери ядрышек, гомогенности хроматина, оптически плотной цитоплазмы, существенного визуального уменьшения размеров, а также глиоз и появление в ядрах неизмененных морфологически нейронов двух ядрышек. Подобные изменения отмечались у 70 % самок (главным образом в поле СА1) и во всех случаях (100 %) у самцов (с наибольшей выраженностью в полях СА1 и СА4).

В опытной группе (ДФН) у 40 % самок и 60 % самцов отмечалось наличие подобных изменений, преимущественно в СА1 и СА4.

Таким образом, при исследовании гиппокампа старых животных мы наблюдали выраженные проявления энцефалопатии, имеющей, с большой степенью вероятности, дисциркуляторный характер. Известно, что поля гиппокампа обладают разной чувствительностью к действию ишемии: наиболее ранимым является поле СА1, где наблюдается редукция численной плотности нейронов, увеличение количества гипохромных нейронов и клеток-теней, значительная реорганизация нейро-глиальных взаимоотношений и капиллярной сети; наиболее устойчивым остается пирамидный слой поля СА4 [3]. В наших исследованиях наиболее часто поражалось поле СА1, а затем уже СА4.

Вместе с тем, сравнивая результаты группы контроля старых животных и животных того же возраста, получавших дозированную физическую нагрузку, мы так же отмечали, как и при проведении анализа гистологических препаратов гиппокампа молодых животных, энцефалопатию менее выраженную и в меньшем количестве случаев в группе с физической нагрузкой.

У старых животных при проведении морфометрических исследований обнаружены те же закономерности, что и у молодых: у животных, получавших физическую нагрузку, при проведении морфологического исследования гиппокампа выявлено значительно меньшее количество нейронов с признаками дегенерации, сопровождающейся уменьшением размеров тел нейронов (табл. 3, 4).

Таблица 3

Площадь тел пирамидных нейронов гиппокампа старых неинбредных белых крыс (по группам животных), M±m, мкм2

Группа

Площадь тел пирамидных нейронов гиппокампа, M±m, мкм2

СА1

СА2

СА3

СА4

Контрольная группа (интактные животные) самки, n=10

64,39±9,57

82,12±7,25

88,56±10,41

92,16±7,68

Контрольная группа (интактные животные) самцы, n=10

88,33±10,15

(р=0,103*)

96,89±7,44

(р=0,172*)

101,46±5,33

(р=0,285*)

105,29±10,79

(р=0,335*)

Опытная группа, самки, n=10

108,12±7,33 (р1=0,002#)

156,7±12,83 (р1=0,001#)

155,77±18,34 (p1=0,005#)

133,11±17,87 (p1=0,050#)

Опытная группа, самцы, n=10

113,05±18,52 (р=0,807*; р1=0,257#)

172,81±16,93 (p=0,458*; р1=0,001#)

174,54±13,48 (р=0,420*; p1=0,001#)

157,29±12,62 (р=0,284*; p1=0,006#)

* р Метод статистического анализа - критерий Манна - Уитни (самцы-самки).

# р1 Метод статистического анализа - критерий Манна - Уитни (контроль-опыт).

Таблица 4

Количество дистрофически измененных клеток в гиппокампе старых животных (на тестовую единицу площади, %, M±m)

Группа

СА1

СА2

СА3

СА4

Контрольная группа (интактные животные) самки, n=10

74,57±2,88

95,5±12,49

73,14±8,56

85,62±0,71

Контрольная группа (интактныеживотные) самцы, n=10

98,3±13,48

(р*=0,102)

50,9±7,58 (р*=0,007)

54,14±10,19

(р*=0,171)

83,5±5,52 (р*=0,708)

Опытная группа, самки, n=10

15,32±0,18 (р1#=0,000)

21,96±1,18 (р1#=0,000)

24,99±0,16 (р1#=0,000)

42,83±0,18 (р1#=0,000)

Опытная группа, самцы, n=10

18,13±3,44 (р*=0,425; р1#=0,000)

19,85±0,17 (р*=0,094; р1#=0,000)

18,83±0,15 (р*=0,000; р1#=0,003)

33,14±2,33 (р*=0,000; р1#=0,000)

* р Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (самцы-самки).

# р1Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (контроль-опыт).

В моторной коре у всех (100 %) молодых животных (самцов и самок) контрольной группы выявлены признаки энцефалопатии. У самок того же возраста, получавших дозированную физическую нагрузку, в 50 % случаев при исследовании моторной коры не выявлено никаких отклонений. У самцов морфологические признаки энцефалопатии отмечались также в половине случаев (50 %) и незначительные изменения отмечены еще у 20 % животных.

Существенной разницы в размерах пирамидных нейронов моторной коры у молодых животных контрольной и опытной группы не получено (табл. 5).

Таблица 5

Площадь тел пирамидных нейронов во внутренней пирамидной пластинке моторной коры крысы - область FrPaM (по группам), M±m, мкм2

Группа

Площадь тел пирамидных нейронов во внутренней пирамидной пластинке неокортекса, M±m, мкм2

Контрольная группа (интактные животные) самки, n=10

121,69 ± 12,85

Контрольная группа (интактные животные) самцы, n=10

124,07 ± 10,45 (р=0,887*)

Опытная группа, самки, n=10

132,97 ± 9,33 (р1=0,487#)

Опытная группа, самцы, n=10

134,4 ± 14,42 (р=0,935*; р1=0,569#)

* р Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (самцы-самки).

# р1Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (контроль-опыт)

Тем не менее у молодых животных в опытной группе отмечалось меньшее количество дистрофически измененных клеток в двигательной коре, но у самцов эта разница была статистически незначима (табл. 6).

Таблица 6

Количество дистрофически измененных клеток в двигательной коре молодых животных (на тестовую единицу площади), %, M±m

Группа

Количество дистрофически измененных клеток

Контрольная группа (интактные животные) самки, n=10

42,3±7,34

Контрольная группа (интактные животные) самцы, n=10

38,2±9,56 (р*=0,738)

Опытная группа, самки, n=10

13,46±1,27 (р1#=0,001)

Опытная группа, самцы, n=10

27,86±5,33(р*=0,017; р1#=0,357)

* р Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (самцы-самки).

# р1Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (контроль-опыт).

У всех старых животных группы контроля в моторной коре отмечались признаки энцефалопатии (как у самок, так и у самцов; 100%): нарушение цитоархитектоники внутренней пирамидной пластинки, выражающееся в изменении правильного расположения пирамидных нейронов, визуальном уменьшении их количества вследствие утраты нейронов, а также дегенеративные изменения пирамидных нейронов - помутнение цитоплазмы, нарушение структуры ядра, потеря ядрышек, перицеллюлярный отек, глиоз и нейронофагия.

При проведении гистологического исследования моторной коры старых животных, получавших дозированную физическую нагрузку, изменения выявлены в половине случаев (50%; самцы и самки), в значительной степени визуально менее выраженные.

При морфометрическом исследовании моторной коры старых крыс мы получили результаты, отличные от результатов у молодых животных - в этих группах определялись статистически значимые различия «контроль-опыт», что согласуется с результатами, полученными при проведении гистологического исследования данного поля коры (табл. 7,8).

Таблица 7

Площадь тел пирамидных нейронов во внутренней пирамидной пластинке моторной коры крысы - область FrPaM (по группам), M±m, мкм2

Группа

Площадь тел пирамидных нейронов во внутренней пирамидной пластинке неокортекса, M±m, мкм2

Контрольная группа (интактные животные) самки, n=10

96,55 ± 9,11

Контрольная группа (интактные животные) самцы,n=10

101,98 ± 14,45 (р=0,754*)

Опытная группа, самки, n=10

133,92 ± 16,83 (р1=0,056#)

Опытная группа, самцы, n=10

144,07 ± 19,34 (р=0,697*; р1=0,043#)

* р Метод статистического анализа - критерий Манна - Уитни (самцы-самки).

# р1Метод статистического анализа - критерий Манна - Уитни (контроль-опыт).

Таблица 8

Количество дистрофически измененных клеток в двигательной коре старых животных (на тестовую единицу площади), %, M±m

Группа

Количество дистрофически измененных клеток

Контрольная группа (интактные животные) самки, n=10

53,4±12,93

Контрольная группа (интактные животные) самцы, n=10

91,5±8,57 (р*=0,024)

Опытная группа, самки, n=10

22,6±3,41 (р1#=0,033)

Опытная группа, самцы, n=10

50,56±4,28 (р*=0,000; р1#=0,000)

* р Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (самцы-самки)

# р1Метод статистического анализа - критерий Стьюдента (контроль-опыт)

У старых животных отмечались статистически значимые различия в количестве дистрофически измененных клеток в двигательной коре между контрольной и опытной группами.

Таким образом,

1. У молодых и старых животных проявления энцефалопатии в гиппокампенивелируютсяв группах с дозированной физической нагрузкой, что выражается встатистически значимом уменьшении количества дегенеративно измененных нейронов.

2. В моторной коре морфологические признаки энцефалопатии также реже встречались у молодых и старых животных, получавших дозированную физическую нагрузку. При этом различия в размерах пирамидных клеток в моторной коре и количество дистрофически измененных клеток на тестовую единицу площади при сравнении контрольной и опытной групп у старых животных были статистически значимы, в то время как у молодых животных эта разница была не существенна.

Рецензенты:

Четвертных В.А., д.м.н., профессор, зав. кафедрой гистологии, цитологии и эмбриологии, ГБОУ ВПО ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера Минздрава России, г. Пермь;

Баландина И.А., д.м.н., профессор, зав. кафедрой нормальной, топографической, клинической анатомии и оперативной хирургии ГБОУ ВПО ПГМУ им. академика Е.А. Вагнера Минздрава России, г. Пермь.


Библиографическая ссылка

Зимушкина Н.А., Косарева П.В., Самоделкин Е.И., Хоринко В.П. ОСОБЕННОСТИ МОРФОЛОГИИ ГИППОКАМПА И МОТОРНОЙ КОРЫ КРЫС, ПОЛУЧАВШИХ ДОЗИРОВАННУЮ ФИЗИЧЕСКУЮ НАГРУЗКУ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=21841 (дата обращения: 30.09.2020).


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074