Введение к работе
Актуальность темы определяется важной ролью сосудистой системы и, в частности, микроциркуляторного русла в деятельности ЦНС и организма в целом. Из всех звеньев микроциркуляторного русла капилляры представляют собой основной функциональный компонент, обеспечивающий микроциркуляцию в органах и тканях (A.M. Чернух, 1968; Чернух и соавт., 1984). Капилляры наиболее тесно связаны с тканевыми клетками. Они реализуют главную функцию кровообращения - доставку питательных веществ к клеткам и удаление продуктов их метаболизма и занимают главенствующее положение в реакциях гемато-тканевого обмена (В.В. Куприянов и соавт., 1975; И.Т. Демченко, 1983). Капилляры коры головного мозга рассматривают как основную часть морфологического субстрата гематоэнцефалического барьера (А.А. Микелад-зе, 1968; М.Я. Майзелис, 1973; Pollay М., Roberts Р.А.,1980; А.М. Чернух и соавт., 1984; Stewart Р.А. et al., 1994; Farkas Е., Luiten P.G.M., 2001), ответственного за обеспечение постоянства внутренней среды, необходимой для функционирования нервных клеток (Бредбери М., 1983; Raichle М.Е., 1983; Johansson В.В., 1990; Farrell C.L., Risau W., 1994; Kniesel U., Wolburg H., 2000 и
ДР-)-
В современной литературе по вопросу о морфологическом субстрате гематоэнцефалического барьера (ГЭС) наиболее распространены 2 точки зрения. Принято считать, что основной структурой ГЭБ является эндотелий капилляров и плотные межэндотелиальные соединения. Действительно, показано, что проницаемость ГЭБ в мозге животных по отношению к вводимой внутривенно пероксидазе хрена высокая у плодов и снижается в раннем постнатальном онтогенезе, что коррелирует с увеличением в барьерных капиллярах протяженности плотных межэндотелиальных соединений и уменьшением протяженности межэндотелиальных щелей (Stewart Р.А., Hayakawa k., 1987,1994).
Согласно другой точке зрения, ГЭБ - это сложная структура, функция которой зависит от взаимодействия компонентов капиллярной стенки и окружающих ее перикапиллярных отростков астроцитов. Это мнение подтверждают данные о формировании уже у плода и наличии у новорожденных животных тесных эндотелиально-перицитарных взаимоотношений ( Stensaas L.J., 1975; Povlishock J.T. et al, 1977; Aelsopp G., Gamble H.J., 1979), усложнении в раннем постнатальном онтогенезе ультраструктуры базальной мембраны и увеличении протяженности ее покрытия концевыми ножками астроцитов (Н.Н. Боголепов, 1967; И.И. Глезер, 1968; Caley D.W., Maxwell D.S., 1970; Bar Т., Wolff J. R., 1972; П.А. Мотавкин и соавт., 1983 и др.).
Среди физиологических факторов, влияющих на структуру и проницаемость капилляров, одним из наиболее важных является возрастной фактор. Однако изменения ультраструктуры барьерных капилляров головного мозга и окружающей их астроглии при старении изучены недостаточно. У животных в разных отделах большого мозга при старении отмечены: увеличение ширины перикапиллярных отростков астроцитов и чисжа*Чв&'1Маюа*тела1й1ЯЯ>рцита со стенкой капилляра (Н.А. Левкова, В.А. Шаврір, \9Я№ЦЧОЯЩ1іяе бізальной
мембраны (De Long G.I. et al., 1992; Keuker J.I.H. et al., 2000; Farkas E., Luiten P.G.M., 2001), накопление включений в перицитах (Peters A et al., 1991) и их дегенерация (Peinado V.A. et al., 1998), дистрофические процессы в капиллярах и концевых ножках астроцитов, а наряду с этим признаки адаптационных перестроек в части капилляров (Н.А. Межиборская, 1988, 1989; С.Ступина и соавт, 1981,1982; Н.И. Небиеридзе, 1988).
Данные об изменениях ультраструктурной организации капилляров в головном мозге человека при старении ограничены и также касаются в основном отдельных их компонентов. Установлено, что в процессе старения в коре большого мозга происходит истончение стенок капилляров за счет уменьшения объема цитоплазмы эндотелиальных клеток и потери перицитов (Stewart Р.А. et al., 1987), утолщение базальной мембраны (Ваг Т., 1985 ), набухание и пролиферация эндотелиальных клеток и перицитов (Scheibel А.В., 1984). Отмечена тенденция увеличения количества гранулярных перицитов (Farrell С. L et al., 1987) и снижение фагоцитарной активности гранулярных перителиаль-ных клеток с возрастом (Mato М., Ookawara S., 1981). Наиболее полная информация о преобразованиях в стенке капилляров и ГЭБ в головном мозге человека при старении представлена в исследованиях П.А. Мотавкина с соавт. (1983). На современном этапе необходимы дальнейшие исследования особенностей ультраструктуры капилляров и окружающей их глии в головном мозге человека при старении, как одного из перспективных направлений этой актуальной для теоретической и практической медицины проблемы.
Цель и задачи исследования. Целью настоящего электронномикроско-пического исследования явилось изучение изменений ультраструктуры капилляров, как основного звена гематоэнцефалического барьера, в коре больших полушарий головного мозга человека при старении.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
Изучить характер и динамику изменений ультраструктуры капилляров и окружающих их отростков астроцитов в зрелом, пожилом и старческом возрасте.
Установить особенности возрастных изменений эндотелиальных клеток, базальной пластины и перицитов в капиллярах коры большого мозга человека и тесно связанных с сосудистой стенкой отростков перикапиллярных астроцитов.
3. Сопоставить особенности изменений разных компонентов корковых
капилляров для определения признаков сходства и различия их ультраструк
турной организации при старении.
Научная новизна работы. С применением электронномикроскопическо-го метода и методики полутонких срезов впервые прослежены особенности изменений эндотелиальных клеток и сопутствующие им изменения базальной пластины, перицитов и концевых ножек астроцитов в коре большого мозга человека во 2:ом зрелом» пожилом и старческом возрастах. Впервые в капиллярах коры головного-мозга человека по степени осмиофилии цитоплазмы и осо-
бенностям ее ультраструктуры выделены три типа эндотелиальных клеток: светлые, темные и промежуточные, характеризующиеся различным функциональным состоянием и определенной динимикой возрастных изменений. Получены новые данные о преобладании в старческом возрасте деструктивно измененных светлых и промежуточных клеток, некотором усилении микропино-цитоза, расширении, дезорганизации, явлениях размывания границ щели между контактирующими плазмалеммами, что может способствовать повышению проницаемости капилляров в определенных участках коры мозга.
Начиная со 2-го зрелого возраста наблюдаются признаки зональной дезорганизации базальной пластины, особенно промежуточных эндотелиальных клеток. Впервые показано, что накопление гранулярного материала в перицитах и их отростках сопровождается истончением дупликатуры базальной пластины. Для старших возрастных групп характерны изменения с фиброзно-гранулярным перерождением в отдельных перицитах и их отростках и накопление липофусцина в концевых ножках астроцитов.
Впервые обращено внимание на внутрикапиллярные и системные адаптационные перестройки, наиболее выраженные у лиц второго зрелого возраста. Это гипертрофия ядер эндотелиальных клеток, инвагинации ядерной оболочки, формирование парных капилляров, объединенных перицитами, тесный контакт астроцитов с базальной пластиной, новообразование капилляров. В старческом возрасте ультраструктурньте изменения капилляров и окружающих их отростков астроцитов становятся более распространенными, адаптивные процессы ослабевают. Вместе с тем встречаются капилляры с достаточно сохранной ультраструктурой, поверхность которых почти полностью покрыта концевыми ножками астроцитов.
Установлено, что во 2-ом зрелом возрасте люминальная поверхность, чаще промежуточного типа эндотелиальных клеток, формирует микроворсинки, иногда складки и выпячивания в просвет капилляра. Для всех возрастных групп характерно внедрение в просвет капилляра разного размера вакуолей и фрагментов эндотелиальных клеток, что можно расценивать как возможное проявление защитной реакции, направленной на удаление в кровоток излиш-ной жидкости и некробиотически измененных клеток эндотелия.
Теоретическая значимость и практическая ценность работы. Полученные данные об изменениях ультраструктуры капилляров и окружающих их перикапиллярных отростков астроцитов в коре большого мозга человека при старении имеют теоретическое значение для дальнейшей разработки вопросов ультраструктурных основ возрастных изменений микроциркуляции мозга. Результаты исследования свидетельствуют о многокомпонентной организации гематоэнцефалического барьера, однако основное внимание должно уделяться целостности структуры эндотелиальных клеток и межэндотелиальных соединений.
Новизна исследования заключается в том, что впервые комплексно описаны возрастные ультраструктурные изменения в капиллярах коры большого мозга человека. Выявлены три основных морфологических типа эндотели-
альных клеток и динамика их возрастных изменений. Установлено, что морфологические нарушения структуры перицитов и базальной пластины находятся в корреляционной взаимосвязи с изменениями эндотелиальных клеток. Выявлены признаки старения эндотелиальных клеток, перицитов и базальной пластины. Факты о более ранней дифференцировке перицитов в формирующихся капиллярах и их большей устойчивости при повреждении эндотелия и периваскулярной астроглии позволяют отнести перицит к филогенетически более старой структуре.
Результаты исследования могут быть использованы в учебном процессе при изучении роли и значении изменений капилляров коры головного мозга и их барьерной функции при различных физиологических и патологических состояниях организма. Полученные данные позволяют значительно расширить и углубить существующие представления о возрастных структурных изменениях капиллярного русла человека, что имеет не только теоретическое, но и практическое значение в плане оценки степени нарушения мозгового кровообращения при различных сосудистых патологиях.
Основные положения, выносимые на защиту:
1.Возрастные изменения ультраструктуры эндотелиальных клеток и ме-жэндотелиальных контактов капилляров коры большого мозга человека, являющихся основным морфологическим субстратом гематоэнцефалического барьера, характеризуются полиморфизмом и определенной динамикой деструктивных процессов.
2. Возрастные изменения эндотелиальных клеток, базальной мембраны и перицитов в капиллярах коры большого мозга человека при старении могут приводить к повышению капиллярной проницаемости.
Апробация работы. Основные материалы диссертации были доложены на: 2-ой Российской конференции с Международным участием «Болезнь Альцгеймера и старение: от нейробиологии к терапии» (Москва, 1999), 1-ом Российском съезде геронтологов и гериатров (Самара, 1999); Российской конференции «Механизмы структурной, функциональной и нейрохимической пластичности мозга (Москва, 1999); Российской конференции «Новое в изучении пластичности мозга» (Москва, 2000); Научной конференции НИИ мозга РАМН (Москва, 2001); Российской конференции «Организация и пластичность коры больших полушарий мозга» (Москва, 2001), Заседании Ученого Совета ГУ НИИ мозга РАМН (Москва, 2003).
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы, главы «Материал и методы исследования», «Результаты собственных исследований», «Обсуждение полученных данных», выводы и список цитируемой литературы. Работа изложена на 130 страницах, иллюстрирована 69 электроннограммами и 1-ой таблицей. Список литературы состоит из 280 работ, среди которых 88 опубликованы в отечественных и 192 - в зарубежных изданиях.
