Введение к работе
Актуальность темы. Проблема алкогольной зависимости является одной из важнейших в современной наркологии и психиатрии. Широкая распространенность, высокий уровень хронической инвализизации и большая социально-экономическая значимость ставит это болезненное состояние в ряд наиболее важных проблем здравоохранения.
Несмотря на значительный успех нейронаук на пути познания биологических основ зависимости, многие звенья ее патогенеза остаются невыясненными. Отсюда вытекает наиболее актуальный вопрос алкогольной зависимости - необходимость расшифровки основных механизмов, обусловливающих генез этого состояния, приводящего к алкогольной болезни.
Большинство исследователей считает, что основной причиной алкогольной зависимости является измененное содержание дофамина (преимущественно) и норадреналина в отделах мезокортиколимбической дофаминергической системы (МДС), на которые проецируются дофаминергические ядра среднего мозга. Различают алкогольную зависимость при длительном алкогольном стаже, алкогольную абстинентную и врожденную зависимость. Алкогольную зависимость между периодами абстиненции связывают с увеличением синтеза дофамина, его содержания в синапсах и активацией рецепторов к дофамину в проекционных отделах МДС (Анохина И.П., Коган Б.М., Христолюбова Н.А., 1979; Анохина И.П. 2001; Шабанов П.В. и соавт., 2002, 2010; Bergstorm Н.С. at al., 2008). Причиной алкогольной абстинентной и врожденной зависимости является сниженное содержание дофамина (преимущественно) и норадреналина в отделах МДС (McBride W.J. et al., 1990; Rossetti Z. L., Hmaidan Y., Gessa G. L., 1992; George S. R. et al., 1995).
Уровень дофамина, высвобождаемого в синапсах и взаимодействующего с рецепторами постсинаптической мембраны нейронов в проекционных отделах МДС зависит от их морфофункционального состояния и трофико-пластического влияния, которое оказывают на нейроны макроглиоциты (Певзнер Л.З., 1972; Hyden Н., 1967; Dai X. at al., 2003). Однако современное представление морфологии нейронов и нейроно-глиального взаимоотношения в МДС, являющееся ключевым для выяснения механизма и морфологических признаков перечисленных видов алкогольной аддикции, затруднено тем, что не решен ряд задач. Во-первых, не определены центры МДС и их подотделы, которые могли бы демонстрировать состояние нейронов и изменения дофаминовой медиации в наибольшей степени, поскольку в разных частях этих отделов объем центров, плотность расположения нейронов и области проекций дофаминергических волокон вариабельны (Bjorklund A., Lindvall О., 1984; Oads R.S., Halliday G.M., 1987). В связи с этим параметры нейронов МДС, например, в передней цингулярной коре (ПЦК), вычислены без учета
области распределения дофаминергических окончаний (Должанский О.В., 2001). Во-вторых, отсутствует единое представление вида патологических изменений нейронов МДС (и других отделов головного мозга) при остром и хроническом воздействии этанола, функционального перенапряжения дофаминергических ядер и избыточной катехоламиновой медиации. Одни авторы, например, считают признаком острого алкогольного повреждения нейронов острое набухание нейронов, наиболее выраженное в коре лобной доли головного мозга (Галеева Л.Ш., 1973; Борисова Н.Ф., Желамбеков И.В., 1998; Pentschew А., 1958), другие - ишемическое сморщивание нейронов (Шишкин Ю.И. и соавт., 2006). В-третьих, отсутствуют данные о количестве измененных форм нейронов в МДС у крыс и здоровых людей, известные при патологии (Жаботинский Ю.М., 1965). В-четвертых, отсутствуют исчерпывающие данные о количестве нейронов, их основных особенностях строения и количестве разновидностей макроглиоцитов в МДС как при различных видах аддикции, так и при условии нормы. В-пятых, информативность многих критериев оценки напряженности нейроноглиального взаимоотношения в МДС у здоровых организмов и при различных видах воздействий недостаточна и зачастую противоречива. Имеется в виду отношение числа нейронов к числу глиоцитов (Александрова М.А., 1999), среднее расстояние макроглиоцита от тел нейронов в пределах площади nR2, где R=20 мкм - глиальное расстояние (Богомолов Д.В. и соавт., 2001), среднее количество перинейрональных сателлитов на один неизмененный нейрон - глиоцито-нейрональный индекс, абсолютное количество олигодендроцитов в 0,001мм3 (Востриков В.М., 2008) и др. Они связаны с выбором различной площади исследований, либо с произвольным выбором территории для подсчета, ограниченной целым ядром или слоем поля 246 без учета различной плотности расположения нейронов и макроглдиоцитов в пределах подотдела исследуемого нервного центра. В-шестых, скудно представлены данные об устойчивости морфологических признаков зависимости, особенно алкогольной. Известно, например, что через 1 мес после отмены хронического воздействия опиатов значимо уменьшены размеры тел вентральной области покрышки (ВОП), длина и толщина их дендритов (Nestler E.J., 2005). В-седьмых, фрагментарно и недостаточно полно освещены дифференциальные признаки воздействия на нейроны МДС этанола и опиатов. Например, данные об увеличении тяжести поражения нейронов в некоторых отделах МДС при отравлении алкоголем, опиатами и экспериментальной морфиновой абстиненции (Должанский О.В., 2001) не могут облегчить эту диагностику, поскольку в показатель включены все виды дистрофических и некробиотических изменений, включая алкогольную и наркотическую энцефалопатию. В-восьмых, нет данных о фазах гибели нейронов МДС развивающегося мозга и его скорости, степени повреждения нейронов МДС при хроническом воздействии этанола на материнский организм, а также о роли нейроноглиального взаимоотношения в регуляции программированной гибели -
апоптоза. И, наконец, не определена полушарная доминанта МДС (Михеев В.В., Шабанов П.Д., 2007).
Исходя из этого, очевидно, что выделение из МДС отделов и подотделов, в которых изменения нейронов в норме и при интоксикациях были бы наиболее информативны, детальное количественное изучение состояния нейронов на уровне их субпопуляций и изучение нейроно-глиального взаимоотношения, способные отразить влияние альтерирующих факторов на эту систему у организмов разного возраста, являются актуальной задачей в выяснении механизмов алкогольной зависимости.
Цель исследования - выявление закономерностей морфологических изменений нейронов и нейроно-глиальных взаимоотношений в мезокортиколимбической дофаминергической системе при воздействии этанола для уточнения механизмов внеабстинентной, абстинентной и врожденной алкогольной зависимости.
Задачи исследования.
Произвести объемную реконструкцию основных левосторонних центров МДС крысы, при помощи которой изучить их топографию и уточнить границы их сопредельной локализации.
Установить на основе полученной объемной реконструкции, количественного и морфометрического анализа нейронов и макроглицоитов, а также данных литературы подотделы МДС, демонстрирующие морфологические изменения нейронов в наибольшей степени. Определить количество неизмененных и патологически измененных форм нейронов, объем нейронов, количество олигодендроцитов, астроцитов и уровень нейроно-глиального взаимоотношения, представляющие собой эталон нормы для установленных подотделов МДС у интактных крыс и человека.
Определить фазы и сроки гибели нейронов МДС развивающегося мозга, сроки программированной клеточной гибели, а также степень повреждения нейронов исследованной системы при хроническом воздействии этанола на материнский организм у крыс, важные для понимания механизма врожденной алкогольной аддикции. Установить роль нейроно-глиального взаимоотношения в регуляции дифференцировки нейронов.
4. Выявить реактивные изменения нейронов и оценить степень
напряженности нейроно-глиального взаимоотношения, характерные для
внеабстинентной алкогольной зависимости у человека и крыс.
5. Определить дифференциальные морфологические признаки
длительного влияния этанола, опиатов, гормонов стресса и антистресса на
МДС.
6. Сопоставить полученные морфологические критерии врожденной и
внеабстинентной алкогольной зависимости, а также отсроченные
морфологические изменения МДС при раннем постнатальном воздействии
гормонов стресса и антистресса с результатами функциональных тестов.
Научная новизна исследования.
Получены оригинальные данные объемной реконструкции, количественного и морфометрического анализа нейронов и макроглиоцитов основных отделов и подотделов МДС, связанных между собой проекционными волокнами и являющихся наиболее информативными для морфологических и физиолого-фармакологических исследований различных видов зависимости и возможности воздействия на эту систему. В МДС у человека и крыс ими являются: передние медиальные части паранигрального ядра вентральной области покрышки и компактной части черного вещества, середина вентромедиалыюй части прилежащего ядра и дофаминоцептивные слои передней лимбической коры. Их удобно рассматривать в подсистеме МДС - мезоаккумбоцингулярной дофаминергаческой системе (МАЦДС).
Выявлено, что у практически здоровых людей и интактных крыс небольшая часть нейронов патологически изменена. У человека количество патологически измененных форм нейронов больше в дофаминергических ядрах, чем в дофаминоцептивных слоях лимбической доли и, особенно, в коре теменной доли (не относящейся к МДС). Локальные изменения нейронов МАЦДС человека и высокая напряженность нейроно-глиального взаимоотношения в дофаминергических ядрах означает стертость границы нормы и патологии, а также меньшую прочность данной системы в сравнении с корковыми полями, удаленными от источника катехоламинергических волокон.
Впервые с помощью широко доступного метода световой микроскопии получены данные, позволяющие выделить морфологические признаки врожденной, внеабстинентной и абстинентной алкогольной зависимости.
Доказано, что длительное воздействие этанола на материнский организм вызывает усиление программированной гибели и уменьшение объема тел нейронов МАЦДС, сопряженные с усилением нейроно-глиального взаимоотношения. Эти дегенеративные изменения нейронов могут быть причиной сниженного уровня дофаминовой медиации в МДС и определять состояние врожденной алкогольной зависимости.
Впервые выявлено, что при развитии экспериментальной внеабстинентной алкогольной зависимости у взрослых крыс наблюдаются устойчивые компенсаторные пластические изменения нейронов, выражающиеся увеличением объема их тел и плотности расположения гранул хроматофильной субстанции, выраженные, главным образом, в дофаминергических ядрах. Эти изменения нейронов, наряду со значительным напряжением нейроно-глиального взаимодействия, объясняют увеличение уровня дофаминовой стимуляции формаций лимбической доли, считающееся одной из причин алкогольной межабстинентной аддикции.
Разработаны морфологические критерии оценки дифференциальной диагностики острого отравления этанолом, хронической алкогольной
интоксикации и алкогольной абстинентной аддикции у человека. Показано, что этот вид зависимости, связанный с падением уровня дофамина в МДС, определяет высокая степень острого и хронического повреждения нейронов этой системы.
Выдвинута и доказательно обоснована гипотеза о том, что степень острого и хронического алкогольного повреждения нейронов МДС обусловлена комбинацией альтерирующих факторов - воздействия этанола, избыточной концентрации катехоламинов в синапсах дофаминоцептивных нейронов и функционального перенапряжения дофаминергических ядер.
Показано, что механизм восстановления нейронов МДС после отравления этанолом в периоде абстиненции связан с активацией нейроно-глиального взаимоотношения и его уровень обусловлен степенью острого повреждения нейронов.
Получены оригинальные данные, что воздействие мозгового гормона стресса (кортиколиберина) в раннем онтогенезе у крыс вызывает отсроченные компенсаторные пластическое изменения нейронов и усиление нейроно-глиального взаимоотношения в дофаминергических ядрах, аналогичные изменениям в этих ядрах при длительной алкогольной интоксикации, а также дегенеративные изменения дофаминоцептивных нейронов передней цингулярной коры. Наблюдаемое при этом усиление эмоционального реагирования (при функциональном тестировании) может являться следствием устойчивой активации МДС. Воздействие факторов антистресса (белки теплового шока 70 кДа) вызывает повреждение части нейронов дофаминергических ядер и снижение эмоционального реагирования, что может быть следствием угнетения дофаминовой медиации.
Получены новые результаты научно-практического характера, свидетельствующие о значимой компенсаторно-приспособительной роли макроглиоцитов в механизмах постнатального развития, пластических и дистрофических изменений нейронов МДС. Последние могут являться следствием функционального напряжения при синтезе избыточного количества дофамина, воздействием на дофаминоцептивные нейроны этанола и избыточного количества катехоламинов.
Теоретическая и практическая значимость исследования.
Полученные оригинальные данные объемной реконструкции и топографии основных отделов и подотделов МДС у крыс могут быть использованы в качестве модели для различных морфологических и прицельных функциональных исследований данной системы (электростимуляция, фармакологическое воздействие). Описанные количественные и морфометрические параметры нейронов и макроглиоцитов МДС у человека и крыс следует рассматривать как эталон нормы.
Установленные морфологические закономерности острого и хронического алкогольного повреждения нейронов МДС, а также
восстановления нейронов в сочетании с усилением нейроно-глиального взаимоотношения при алкогольной абстиненции могут служить в качестве диагностических критериев перечисленных болезненных состояний.
Описаны принципы дифференциальной диагностики морфологических изменений клеток МДС при опиатной и алкогольной интоксикации, связанные с распространенностью дегенерации (хроматофильного сморщивания) нейронов МДС, количественной реакцией макроглиоцитов, значительным ростом фагоцитарной активности всех разновидностей нейроглиоцитов, угнетением защитно-приспособительной реакции перинейрональных сателлитов.
Определена реактивность структур МДС в раннем онтогенезе для возможности развития поведенческих (эмоциональных) девиаций у половозрелых животных (крыс).
Полученные сведения о морфологических и количественных изменениях нейронов и макроглиоцитов, а также степени нейроно-глиального взаимоотношения при различных способах воздействия этанола и видах алкогольной зависимости могут служить основой для дальнейшего выяснения сложных механизмов алкогольной болезни и аддикции, а также возможностей разработки новых подходов к их профилактике и лечению.
Примененный способ определения количества нейронов, астроцитов и олигодендроцитов в МДС у крыс, сравнение информативности основных параметров нейроно-глиального взаимоотношения в формациях развивающегося мозга и у взрослых могут быть использованы при изучении пластичности нервной ткани в экспериментальных и клинико-анатомических исследованиях мозга.
По исследованиям получен патент на изобретение «Способ коррекции процессов регенерации» № 2350340 от 27.03.2009 г.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Длительное воздействие этанола на материнский организм у крыс
характеризуется уменьшением объема тел нейронов мезоаккумбоцингуляр-
ной дофаминергический системы (МАЦДС), а также и увеличением числа их
теневидных и гипохромных дегенеративных форм типа апоптотически
измененных при рождении. К началу пубертатного периода (61 сутки)
численность нейронов в проекционных отделах МАЦЦС сокращена. Эти
морфологические изменения отражают угнетение дофаминовой медиации и
могут определять врожденную алкогольную зависимость.
2. Длительное воздействие этанола на головной мозг взрослых крыс
характеризуется повреждением значительной части нейронов МАЦЦС,
особенно паранигрального ядра ВОП и прилежащего ядра (ПЯ), а также
устойчивыми компенсаторными пластическими изменениями тел
малоповрежденных нейронов дофаминергических ядер по типу
гипертрофических. Эти изменения отражают усиление дофаминовой
медиации и могут определять устойчивое состояние повышенной мотивации к этанолу.
3. Алкогольная абстиненция у человека выражается высокой степенью
повреждения нейронов МАЦЦС при хронической алкоголизации и
частичным восстановлением дистрофических изменений нейронов при
остром отравлении, низким количеством малоповрежденных нейронов в
отделах этой системы, особенно в прилежащем ядре. Эти изменения
отражают преходящее угнетение дофаминовой медиации и могут определять
состояние алкогольной абстинентной зависимости.
4. Систематическое избыточное высвобождение катехоламинов (в
частности, дофамина) в проекционных отделах МАЦЦС при отравлении
этанолом, длительном воздействии этанола и воздействии кортиколиберина
(КЛ) в раннем онтогенезе у крыс индуцирует повреждение нейронов,
степень которого убывает по мере увеличения расстояния от ядер
ретикулярной формации.
5. Воздействие КЛ в раннем онтогенезе у крыс индуцирует развитие
морфологических признаков активации дофаминовой медиации в виде
компенсаторного увеличения объема нейронов дофаминергических ядер и
плотности расположения хроматофильных гранул в их цитоплазме. Эти
изменения сочетаются с усилением эмоционального реагирования и могут
являться ее причиной у половозрелых крыс-самок. Воздействие белков
теплового шока 70 кДа (БТШ) вызывает угнетение морфо-функционального
состояния МДС.
6. Усиление нейроноглиального взаимоотношения, оцененное по
уменьшению глиального расстояния и увеличению глиоцито-нейронального
индекса, представляет собой универсальную защитно-приспособительную
реакцию МДС при ее развитии и различных способах воздействия этанола
(кроме смертельного отравления) и раннего постнатального воздействия КЛ
на головной мозг. Оно потенцирует дифференцировку нейронов в
постнатальном онтогенезе МАЦЦС в норме и при воздействии этанола,
способствует формированию устойчивых компенсаторных изменений
нейронов типа гипертрофических при длительном воздействии этанола и
определяет регрессию признаков дистрофии нейронов при отмене этого
воздействия.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 31 научная работа, в том числе 15 статей в журналах, включенных в перечень рецензируемых научных журналов ВАК, разделы в 3 коллективных монографиях, 2 методических рекомендации.
Апробация диссертационной работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на отечественных и международных конференциях: на XV Всероссийской конференции с международным участием «Актуальные вопросы прикладной анатомии и хирургии» (СПбГМУ, 2007), на 4 международной конференции «Cancer
therapeutics» (Канада, 2007), на 11 многодисциплинарной международной конференции по нейронауке и биологической психологии «стресс и поведение» (СПб, 2008), на 621 и 638 пленарных заседаниях Санкт-Петербургского научного общества судебных медиков (2008 и 2010), на межрегиональной научно-практической конференции «Судебно-медицинская диагностика алкоголь-ассоциированной смерти» (СПб, 2009).
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 323 страницах и содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материал и методы исследования, результаты, обсуждение полученных результатов, заключение, выводы, список литературы, содержащего 243 источника (57 отечественных и 186 иностранных). Диссертация иллюстрирована 103 рисунками и 76 таблицами. 2 таблицы составляют приложения к диссертации.
