Введение к работе
Актуальность исследования
Дофамин как нейромедиатор участвует в обеспечении двигательных, эмоциональных и когнитивных процессов (Шуваев В.Т., Суворов Н.Ф., 2001, Wise R.A., 2009). Дофаминергические нейроны расположены в среднем мозге, обонятельных луковицах, гипоталамусе и перивентрикулярной области продолговатого мозга (Bjorklund A., Dunnet S., 2007). Проекции нейронов компактной части черной субстанции формируют нигростриатную систему, связывающую черную субстанцию и стриатум, и участвующую, преимущественно, в обеспечении двигательных функций (Базян А.С. и др., 2011).
Дисфункции дофаминергической системы выявлены при ряде неврологических и психиатрических заболеваний (Ещенко Н.Д., 2004), что указывает на важность поддержания устойчивого уровня обмена дофамина в мозге, который обеспечивается взаимодействием многих процессов, обеспечивающих синтез медиатора, его хранение, высвобождение, обратный захват и катаболизм (Раевский К.С., 2003; Dunkley P.R., 2004). Среди патологий, связанных с дофаминергической системой, по медицинской и социальной значимости следует выделить болезнь Паркинсона, возникающую вследствие прогрессирующей гибели дофаминергических нейронов, в том числе, в черной субстанции (Крыжановский Г.Н., 2002; Jellinger K.A. 2012). Хотя нейрональные механизмы патогенеза паркинсонизма интенсивно исследуются (Moore D.J., 2005), взаимодействия нейронов и нейроглии при развитии этого заболевания изучены недостаточно. Вместе с тем, известно, что нейроглия, в особенности астроциты, активно взаимодействует с нейронами (Verkhartsky A., Butt A., 2007). При повреждении нервной ткани различными факторами астроциты пролиферируют, причем функциональное значение астроглиоза во многом неясно (Sofroniew M.V., 2010). На различных моделях повреждения черной субстанции и, отчасти, при патолого-анатомических исследованиях, показаны реактивные изменения астроцитов при паркинсонизме (Forno L.S. et al., 1992; Yokoyama H. et al., 2011). Нарушение функций астроцитов может вызывать гибель нигральных нейронов (McGeer P.L., 2008). Однако, остается неизвестным, провоцирует ли развитие паркинсонизма активация глии, или только сопровождает течение заболевания. С другой стороны, обсуждается и нейропротективная роль глии при паркинсонизме (Rappold P.M., Tieu K., 2010). При этом, в литературе глио-нейрональные взаимодействия, как правило, рассматриваются в контексте токсического или защитного действия факторов, продуцируемых глиальными клетками, но значительно меньше внимания уделяется морфо-функциональным перестройкам в комплексе нейрон-глия, вызыванным дисфункцией дофаминовой системы. В то же время показано, что астроциты экспрессируют рецепторы ко многим нейромедиаторам, участвуют в их обмене и модулируют синаптическую и объемную нейротрансмдосию (Verkhartsky A. et al., 2012). При этом, изменения глии в нигростриатных образованиях мозга при нарушениях обмена дофамина и её влияние на поддержание медиаторного баланса, описаны неполно, а исследования взаимоотношений астроглии и нейронов, выполненные на фармакологических моделях гипофункции нигростриатной системы, в литературе практически не представлены.
Количественная оценка иммуноморфологических и нейрохимических показателей нейронов и нейроглии при моделировании дисфункции нигростриатной системы позволит выявить характер изменений и особенности их взаимодействия при нарушениях обмена дофамина.
Цель работы: Изучить морфологические и нейрохимические изменения нейронов и нейроглии в нигростриатных образованиях мозга при моделировании дисфункции дофаминовой системы.
Задачи исследования:
-
Воспроизвести модели дисфункции дофаминовой системы на крысах Вистар путем введения животным резерпина, галоперидола и L-дофа и модель одностороннего разрушения черной субстанции мозга нейротоксином 6-гидроксидофамином.
-
Изучить изменения морофометрических параметров различных популяций нейронов и нейроглии, выявляемых иммуногистохимически, по локализации: а) тирозингидроксилазы - фермента синтеза дофамина; б) кислого глиофибриллярного белка - компонента цитоскелета астроцитов; в) глутаминсинтетазы - глиального фермента обмена глутамата; г) связывания растительного лектина Griffonia simplicifolia IB4 с клетками микроглии, в условиях экспериментальной дисфункции дофаминергической системы,
-
Спектрофотометрически определить изменения удельной активности ферментов, участвующих в обмене дофамина (тирозингидроксилаза и моноаминоксидаза Б) и глутамата (глутаминсинтетаза), в черной субстанции и хвостатом ядре мозга крыс Вистар при моделировании дисфункции дофаминовой системы.
-
Охарактеризовать особенности нейроморфологических и нейрохимических изменений, а также изменения в соотношении нейронов и нейроглии разных типов в нигростриатных образованиях мозга при дисфункции дофаминергической системы.
Научная новизна исследования. Впервые продемонстрированы и сопоставлены количественные особенности иммуноморфологических и нейрохимических изменений глии и нейронов черной субстанции и хвостатого ядра при фармакологическом моделировании дисфункции дофаминергической системы и воспроизведении нейродегенерации черной субстанции.
Впервые, путем количественного анализа структурно-функциональных изменений в нигростриатных образованиях мозга, показано, что нарушение дофаминергической передачи является одной из причин, приводящих к реактивным изменениям глиальных клеток.
На резерпиновой модели дисфункции дофаминергической системы впервые показаны изменения удельной активности и экспрессии глутаминсинтетазы астроцитов хвостатого ядра, указывающие на их участие в модуляции активности кортикостриатной глутаматергической системы при нарушении обмена дофамина.
Показано, что изменения обмена дофамина в нигростриатных образованиях мозга, на использованных фармакологических моделях гипофункции дофаминовой системы, носят фазовый характер, что проявляется первичной активацией синтеза дофамина и последующим снижением компенсаторных возможностей нейронов, а возникающие при этом структурно-функциональные изменения астроглии являются проявлением перестройки глио-нейрональных взаимодействий.
Научно-практическая значимость. Данные, полученные в настоящем исследовании могут служить основой для разработки методов фармакологической коррекции нарушений обмена дофамина, направленных на регуляцию функции глиальных клеток и нейронов. Результаты морфометрической оценки клеточного состава нигростриатных образований мозга крыс Вистар при нарушениях обмена дофамина, могут быть использованы при разработке экспериментальных моделей паркинсонизма.
Внедрение в практику. Результаты исследования используются в учебном процессе кафедры гистологии, цитологии и эмбриологии ГБОУ ВПО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова, а также в лекционном курсе кафедр патологической физиологии и нормальной физиологии ФГОУ ВПО «Ярославская государственная медицинская академия» Минздравсоцразвития России.
Положения выносимые на защиту:
Снижение содержания дофамина в нигростриатной системе, воспроизводимое на экспериментальных моделях путем гибели дофаминовых нейронов или нарушением нейрональных механизмов его синтеза и высвобождения, вызывает активную реакцию разных типов глии, что приводит к перестройке глио-нейрональных взаимоотношений в черной субстанции и хвостатом ядре.
Реакция астроцитов хвостатого ядра на моделируемую дисфункцию дофаминовой системы отличается наибольшей активностью, что связано с нарушением обмена нейромедиаторов и, в первую очередь, с изменением регуляции астроцитами взаимодействия дофаминергической и глутаматергической систем.
Апробация работы
Основные положения и материалы диссертации были доложены и обсуждены на Всероссийских и международных конференциях «Структурно- функциональные, нейрохимические и иммунохимические закономерности асимметрии и пластичности мозга» (Москва, 2007), «Актуальные вопросы функциональной межполушарной асимметрии и нейропластичности» (Москва, 2008), «XIII международный конгресс по гистохимии и цитохимии» (Гданьск, 2008), «Современные методы микроскопии в биологии и медицине» (С.-Петербург, 2009), «Проблемы биомедицинской науки третьего тысячелетия» (С.-Петербург, 2010), «II Национальный конгресс по болезни Паркинсона и расстройствам движений» (Москва, 2011), а также на ежегодных конференциях молодых ученых ФГБУ «НЦН» РАМН ( Москва, 2010, 2011, 2012), на расширенном заседании отдела исследований мозга ФГБУ «НЦН» РАМН (апрель 2012 года).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 16 научных работ в отечественных и зарубежных изданиях, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура диссертации
