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 (р1#=0,000) |
11,85±0,14 (р1#=0,000) |
10,56±0,08 (р1#=0,000) |
4,83±0,15 (р1#=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: https://science-education.ru/ru/article/view?id=21841 (дата обращения: 17.02.2025).