Отправить статью по E-mail Возрастная динамика морфологических изменений коры и мозолистого тела человека. Микроглиоциты и нейрофиламенты как маркеры старения
- Авторы: Баландин А.А.1, Железнов Л.М.2, Баландина И.А.1, Баландин В.А.1
-
Учреждения:
- ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера» Минздрава России
- ФГБОУ ВО «Кировский государственный медицинский университет» Минздрава России
- Выпуск: Том 6, № 4 (2021)
- Страницы: 4-8
- Раздел: Анатомия человека
- Статья опубликована: 15.12.2021
- URL: https://innoscience.ru/2500-1388/article/view/62659
- DOI: https://doi.org/10.35693/2500-1388-2021-6-4-4-8
- ID: 62659
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Цель – на секционном материале провести сравнительный анализ количества и суммарного диаметра микроглиоцитов в коре предцентральной извилины и мозолистом теле человека в первом периоде зрелого возраста и в старческом возрасте и выявить закономерности экспрессии нейрофиламентов в этих отделах мозга.
Материал и методы. Проведен анализ результатов секционного исследования коры мозга в области предцентральной извилины и мозолистого тела с использованием окраски гематоксилин и эозин, а также проведено иммуногистохимическое исследование с использованием антител к нейрофиламентам. Умерших разделили на две группы с учетом их возраста. В I группу исследования включили 23 мужчины и 27 женщин первого периода зрелого возраста от 23 до 28 лет включительно, II группу составили 19 мужчин и 25 женщин старческого возраста (от 75 до 83 лет включительно). Определяли количество микроглиоцитов, их суммарный диаметр, а также наличие экспрессии белков нейрофиламентов в ткани.
Результаты. Морфометрическое исследование аутопсийного материала показало, что в мозолистом теле, так же как и в коре предцентральной извилины, установлено возрастное статистически достоверное увеличение количества микроглиоцитов и их суммарного диаметра (p<0,001). В ткани коры предцентральной извилины головного мозга как в первом периоде зрелого возраста, так и в старческом возрасте экспрессия нейрофиламентов равномерная. В ткани мозолистого тела возрастные нейродегенеративные изменения выражены более явно: к старческому возрасту в местах скоплений микроглиоцитов отмечается значительное снижение экспрессии нейрофиламентов с формированием участков их разрежения.
Заключение. Количество и суммарный диаметр микроглиоцитов, отвечающих за утилизацию отработанного миелина, имеют определенную связь с возрастом и экспрессией нейрофиламетов в нервной ткани.
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
Многие годы одним из основных факторов риска развития большинства хронических заболеваний считается старение [1]. В связи с улучшением качества жизни и оказания медицинской помощи доля пациентов старческого возраста увеличивается быстрее, чем в любой другой возрастной группе [2].
Объектами нашего внимания при изучении возрастных морфологических преобразований тканей при старении организма явились кора большого мозга в предцентральной извилине и мозолистое тело. Этот выбор обусловлен тем, что в предцентральной извилине берет свое начало пирамидный путь, ответственный за произвольные движения, а мозолистое тело соединяет два полушария мозга, тем самым способствуя интеграции моторной и сенсорной информации с обеих сторон тела человека. Также мозолистое тело участвует в обес-печении процессов высших когнитивных функций, таких как социальное взаимодействие и речь. Именно нарушения в этих процессах наиболее характерны для лиц старших возрастных групп [3–5]. Микроглия и ее реактивное поведение являются одними из ярких маркеров нарушения гомеостаза ткани мозга различного генеза [6].
Следует заметить, что в условиях развивающейся персонифицированной медицины крайне необходимы детальные знания о морфологических особенностях тех или иных отделов мозга человека с учетом половой принадлежности и возрастных изменений [7–8].
В более ранних исследованиях нами уже были получены заслуживающие внимания сведения о нейродегенеративных процессах, происходящих с возрастом в тканях коры мозжечка, установленные с использованием иммуногистохимических методик [9–10]. Отметим, что на сегодняшний день данных об особенностях морфологической картины в коре мозга и мозолистом теле в научной литературе недостаточно.
ЦЕЛЬ
На секционном материале провести сравнительный анализ количества и суммарного диаметра микроглиоцитов в коре предцентральной извилины и мозолистом теле человека в первом периоде зрелого возраста и в старческом возрасте и выявить закономерности экспрессии нейрофиламентов в этих отделах мозга.
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Работа выполнена в танатологическом отделении Государственного казенного учреждения здравоохранения особого типа Пермского края «Пермское краевое бюро судебно-медицинской экспертизы» в период 2019–2020 гг. и основана на анализе результатов морфологического исследования коры предцентральной извилины и мозолистого тела человека, включающего гистологический, морфометрический, иммуногистохимический и статистический методы. Исследование выполнено с разрешения локального этического комитета Пермского государственного медицинского университета имени академика. Е.А. Вагнера (протокол №10 от 22.11.2017 г.).
Умерших разделили на две группы с учетом их возраста, согласно возрастной периодизации онтогенеза человека, принятой в 1965 г. на VII Всесоюзной конференции по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии АПН СССР в Москве. В группу I исследования включили 23 мужчины и 27 женщин первого периода зрелого возраста от 23 до 28 лет включительно. Группу II составили 19 мужчин и 25 женщин старческого возраста (от 75 до 83 лет включительно).
При отборе аутопсийного материала для данного исследования мы руководствовались следующими критериями: отсутствие у умерших в анамнезе заболеваний и травм органов центральной и периферической нервной системы, также алкогольной и/или наркотической зависимостей, отсутствие макроскопических признаков патологии тканей мозга при взятии материала для микроскопических исследований.
Забор аутопсийного материала осуществляли в области предцентральной извилины коры большого мозга, в мозолистом теле в областях валика и колена мозолистого тела. Кусочки фиксировали в 10% растворе забуференного по Лилли формалина (рН – 7,2) в течение 24 ч. Материал промывали в проточной воде в течение 30 мин, а затем подвергали обезвоживанию и заливке в парафин по схеме: спирт 60% – 2 ч, спирт 70% – 2 ч, спирт 96% – 2 ч, спирт 96% – 2 ч, спирт + ксилол (1:1) – 2 ч, ксилол + парафин (1:1) – 2 ч, парафин I 56° – 2 ч, парафин II 56° – 1 ч. После заливки кусочков в парафиновые блоки на ротационном микротоме изготавливали гистологические срезы толщиной 4–6 мкм. Срезы окрашивали гематоксилином и эозином.
Морфометрический анализ включал подсчет количества микроглиоцитов и измерение их диаметров в поле зрения (объектив –10) в трех микропрепаратах. После этого вычисляли средние арифметические величины (М) и их стандартные ошибки (m) для каждого случая. Для определения суммарного диаметра микроглиоцитов использовали формулу: D1+D2+D3+D4+…+Dn =Dсуммарный, где D – диаметр тела микроглиоцита.
При иммуногистохимическом исследовании образцов использовали панель антител к нейрофиламентам. Использовали концентрированные первичные моноклональные антитела к нейрофиламентам, клон 2F11 (Lab Vision, США), рабочее разведение 1:100, система визуализации KP50L (Diagnostic BioSystems, USA).
Морфометрический анализ исследуемых гистологических образцов проводили с использованием программного пакета BioVision, version 4,0 (Австрия). Захват изображений обеспечивали использованием цифровой камеры для микроскопа CAM V200 (Vision, Австрия). Размеры гистологических объектов выражали в мкм. Статистическую обработку полученных результатов проводили с использованием системы программного обеспечения STATISTICA V.6.0.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Гистологическое исследование препаратов показало, что в коре предцентральной извилины человека в первом периоде зрелого возраста визуализируются микроглиоциты мелкого диаметра (менее 10 мкм), не образующие между собой скоплений. В старческом возрасте чаще встречаются микроглиоциты среднего диаметра (от 10 до 20 мкм), тоже расположенные на удалении друг от друга, без агломераций.
В мозолистом теле человека в первом периоде зрелого возраста, так же как и в коре предцентральной извилины, наблюдаются дистанцированные друг от друга микроглиоциты преимущественно мелкого диаметра либо единичные микроглиоциты среднего диаметра.
В старческом возрасте в мозолистом теле превалируют микроглиоциты среднего диаметра, образующие между собой крупные скопления. Следует заметить, что в данной возрастной группе также выявлены и микроглиоциты крупного диаметра (более 20 мкм), входящие в состав скоплений. Скопления микроглиоцитов наиболее часто просматриваются возле сосудов, в то время как в толще ткани мозолистого тела для них характерно обособленное расположение (рисунки 1, 2).
Рисунок 1. Фрагмент коры предцентральной извилины головного мозга мужчины 69 лет. Визуализируются микроглиоциты среднего и крупного диаметров (отмечены стрелками). Окраска гематоксилином и эозином. Увеличение 100.
Рисунок 2. Фрагмент мозолистого тела женщины 71 года. Скопления микроглиоцитов разного диаметра возле сосуда. Окраска гематоксилином и эозином. Увеличение 100.
Морфометрическое исследование аутопсийного материала показало, что с возрастом в коре мозга в области предцентральной извилины отмечается статистически достоверное увеличение количества микроглиоцитов и их суммарного диаметра (p<0,001). Так, от первого периода зрелого возраста к старческому возрасту в области предцентральной извилины в правом полушарии головного мозга у мужчин количество микроглиоциотов увеличивается на 37,67%, у женщин – на 34,18%. В левом полушарии у мужчин их количество возрастает на 36,26%, у женщин – на 36,33%.
Наряду с этим к старческому возрасту отмечается увеличение суммарного диаметра микроглиоциотов в области предцентральной извилины в правом полушарии головного мозга у мужчин на 25,53%, у женщин – на 18,72%. В левом полушарии их суммарный диаметр у мужчин возрастает на 26,16%, у женщин – на 33,33% (таблица 1).
Таблица 1. Суммарный диаметр микроглиоцитов в коре предцентральной извилины
Table 1. The sum of diameters of microglyocytes in the precentral gyrus cortex
Полушарие | Пол | Молодой возраст М±m (мкм) | Старческий возраст М±m (мкм) | t (р) |
Правое | мужской | 73,46±3,08 | 98,64±2,98 | 5,88 (р<0,001) |
женский | 79,70±3,40 | 98,05±3,14 | 3,96 (р<0,001) | |
Левое | мужской | 69,67±2,81 | 94,34±3,08 | 5,92 (р<0,001) |
женский | 64,11±2,34 | 96,16±3,12 | 8,22 (р<0,001) |
В мозолистом теле, так же как и в коре предцентральной извилины, установлено возрастное статистически достоверное увеличение количества микроглиоцитов и их суммарного диаметра (p<0,001). В области колена мозолистого тела к старческому возрасту у мужчин количество микроглиоциотов возрастает на 68,09%, у женщин – на 67,33%. В области валика мозолистого тела численность микроглиоциотов повышается у мужчин на 61,66%, у женщин – на 64,16%.
Суммарный диаметр микроглиоциотов к старческому возрасту в области колена мозолистого тела у мужчин увеличивается на 48,39%, у женщин – на 51,76%; в области валика он возрастает у мужчин на 46,72%, у женщин – на 53,99% (таблица 2).
Таблица 2. Суммарный диаметр микроглиоцитов в исследуемых участках мозолистого тела
Table 2. The sum of diameters of microglyocytes in the studied areas of the corpus callosum
Область мозолистого тела | Пол | Молодой возраст, М±m (мкм) | Старческий возраст, М±m (мкм) | t (р) |
Колено | мужской | 261,90±11,21 | 541,20±10,28 | 18,36 (р<0,001) |
женский | 264,70±9,11 | 511,30±8,34 | 19,97 (р<0,001) | |
Валик | мужской | 265,00±10,88 | 567,20±7,23 | 23,13 (р<0,001) |
женский | 289,30±10,01 | 535,80±12,17 | 15,64 (р<0,001) |
Как в молодом, так и в старческом возрасте показатели суммарного диаметра микроглиоцитов, установленные у мужчин в предцентральной извилине коры мозга и в мозолистом теле, статистически достоверно не отличаются от показателей, выявленных у женщин (p>0,05). Значения суммарного диаметра микроглиоцитов в области колена мозолистого тела не имеют статистически достоверного различия в сравнении со значениями, определенными в области его валика (p>0,05).
Как известно, нейрофиламенты, являющиеся промежуточными структурами нервных клеток, представляют собой длинные гибкие нитеподобные цитоскелетные полимеры. Их функции разнообразны – от структурной до транспортной [11, 12]. Нами установлено, что в ткани коры предцентральной извилины головного мозга как в первом периоде зрелого возраста, так и в старческом возрасте экспрессия нейрофиламентов равномерная.
В ткани мозолистого тела возрастные нейродегенеративные изменения выражены более явно. Так, к старческому возрасту в местах скоплений микроглиоцитов отмечается значительное снижение экспрессии нейрофиламентов с формированием участков их разрежения (рисунки 3, 4).
Рисунок 3. Фрагмент коры предцентральной извилины головного мозга женщины 79 лет. Визуализируются микроглиоциты мелкого и среднего диаметров (отмечены стрелками). Экспрессия белка нейрофиламентов в структуре ткани равномерная, сама структура неоднородная, наличие переходных зон. Увеличение 100.
Рисунок 4. Фрагмент мозолистого тела мужчины 72 лет. Скопления микроглиоцитов разного диаметра вблизи сосуда. Экспрессия белка нейрофиламентов снижена в местах скоплений микроглиоцитов. Увеличение 100.
Полученные результаты находят свое отражение в ранее проведенных исследованиях, где учеными было доказано, что наличие микроглиоцитов, являющихся «мусорными пакетами», наполненными отработанным миелином, может свидетельствовать о процессах демиелинизации и ремиелинизации в тканях предцентральной извилины и мозолистого тела.
Первичная демиелинизация – это утрата миелина вследствие возрастной нейродегенерации, а ремиелинизация – это процесс, возвращающий миелиновую оболочку нервным волокнам, лишившимся ее в результате первичной демиелинизации. По мнению исследователей, ткань, в которой прошел процесс ремиелинизации, очень похожа на изначальную миелинизированную ткань, но при этом есть один важный момент. Вновь образованный миелин, как правило, «худшего качества»: он покрывает меньшую площадь нервного волокна и более истончен, чем исходная миелиновая оболочка [13–14].
Подобный механизм описан учеными, исследовавшими процессы возрастной нейродегенерации в других отделах мозга на лабораторных мышах. В данных работах сделан вывод о том, что микроглия в тканях мозга возрастных животных, по-разному реагирующая на демиелинизацию, изменена в сравнении с микроглией молодых животных. Данная морфологическая динамика заключается в признаках более активного фагоцитоза в тканях мозга молодых особей [15, 16]. Следовательно, чем большее количество микроглиоцитов находится в ткани большого мозга и чем крупнее их суммарный диаметр, тем активнее там протекает процесс возрастной инволюции, воспроизводящий картину морфофункциональных изменений.
Таким образом, результаты нашего исследования подтверждают, что количество и суммарный диаметр микроглиоцитов в коре предцентральной извилины и мозолистом теле, отвечающих за утилизацию отработанного миелина, имеют определенную взаимосвязь с возрастом (p<0,001).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Кора предцентральной извилины человека в первом периоде зрелого возраста характеризуется наличием микроглиоцитов мелкого диаметра, не образующих между собой скоплений. К старческому возрасту отмечается статистически достоверное увеличение количества и суммарного диаметра микроглиоцитов, при этом, как и в первом периоде зрелого возраста, отсутствуют их агломерации.
Сравнительный анализ показателей суммарного диаметра микроглиоцитов в предцентральной извилине коры мозга и в мозолистом теле у мужчин показал, что они статистически достоверно не отличаются от показателей, выявленных у женщин, как в молодом, так и в старческом возрасте.
В мозолистом теле человека в первом периоде зрелого возраста наблюдаются отдаленные друг от друга микроглиоциты, как правило, мелкого (иногда среднего) диаметра. К старческому возрасту динамика возрастных параметров микроглиоцитов в мозолистом теле выражается в статистически достоверном увеличении их количества и суммарного диаметра за счет преобладания микроглиоцитов среднего диаметра и появления единичных микроглиоцитов крупного диаметра, входящих в состав крупных скоплений вблизи сосудов.
Экспрессия нейрофиламентов в ткани коры предцентральной извилины головного мозга как в первом периоде зрелого возраста, так и в старческом возрасте равномерная. Наряду с этим в ткани мозолистого тела общая тенденция возрастной динамики заключается в значительном снижении экспрессии нейрофиламентов в местах скоплений микроглиоцитов и появлением участков их разрежения к старческому возрасту.
Конфликт интересов: все авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Об авторах
Анатолий А. Баландин
ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера» Минздрава России
Email: balandinnauka@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3152-8380
канд. мед. наук, доцент кафедры нормальной, топографической и клинической анатомии
Россия, ПермьЛев М. Железнов
ФГБОУ ВО «Кировский государственный медицинский университет» Минздрава России
Email: lzm-a@mail.ru
д-р мед. наук, профессор, профессор кафедры анатомии человека, ректор
Россия, КировИрина Анатольевна Баландина
ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера» Минздрава России
Автор, ответственный за переписку.
Email: balandina_ia@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4856-9066
SPIN-код: 6484-8520
д-р мед. наук, профессор, заведующая кафедрой нормальной, топографической и клинической анатомии, оперативной хирургии
Россия, ПермьВладимир А. Баландин
ФГБОУ ВО «Пермский государственный медицинский университет имени академика Е.А. Вагнера» Минздрава России
Email: balandin.ru@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5142-7117
методист кафедры нормальной, топографической и клинической анатомии, оперативной хирургии
Россия, ПермьСписок литературы
- Hodes RJ, Sierra F, Austad SN, et al. Disease drivers of aging. Ann N Y Acad Sci. 2016;1386(1):45–68. doi: 10.1111/nyas.13299
- Woods NF, Rillamas-Sun E, Cochrane BB, et al. Aging Well: Observations From the Women’s Health Initiative Study.J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2016;71(1):3–12. doi: 10.1093/gerona/glv054
- Bernshtejn NA. Essays on dynamic physiology and activity physiology. Lechebnaya fizkul'tura i sportivnaya medicina. 2011;6(90):4–10. (In Russ.). [Бернштейн Н.А. Очерки по физиологии движений и физиологии активности. Лечебная физкультура и спортивная медицина. 2011;6(90):4–10].
- Edwards TJ, Sherr EH, Barkovich JA, Richards LJ. Clinical, genetic and imaging findings identify new causes for corpus callosum development syndromes. Brain. 2014;137(6):1579–1613. doi: 10.1093/brain/awt358
- Irzhanova AA, Suprun NG. The problem of social adaptation of elderly people in postremoval period. Humanities scientific researches. 2015;12(52):219–222. (In Russ.). [Иржанова А.А., Супрун Н.Г. Проблемы социальной адаптации пожилых людей в посттрудовой период. Гуманитарные научные исследования. 2015;12(52):219–222].
- Calvo M, Zhu N, Tsantoulas Ch, et al. Neuregulin-ErbB Signaling Promotes Microglial Proliferation and Chemotaxis Contributing to Microgliosis and Pain after Peripheral Nerve Injury. J Neurosci. 2010;30(15):5437–5450. doi: 10.1523/JNEUROSCI.5169-09.2010
- Balandin VA, Balandina IA. Precentral gyrus width in mesocephalic males according to X-ray computed tomography. Morphology. 2018;154(6):76–78. (In Russ.). [Баландин В.А., Баландина И.А. Ширина прецентральной извилины у мужчин-мезоцефалов по данным рентгеновской компьютерной томографии. Морфология. 2018;154(6):76–78].
- Topchii SV. Morphometric Features Of Tonsill of the Human Cerebellum. Aktual'nye nauchnye issledovaniya v sovremennom mire. 2017;6–2(26):87–90. (In Russ.). [Топчий С.В. Морфометрические особенности миндалин мозжечка человека. Актуальные научные исследования в современном мире. 2017;6–2(26):87–90].
- Balandina IA, Zheleznov LM, Balandin AA, et al. Morphological features of structural organization of the cerebellum cortex in old age. Advances in Gerontology. 2016;29(4):670–675. (In Russ.). [Баландина И.А., Железнов Л.М., Баландин А.А. и др. Морфологические особенности структурной организации коры мозжечка в старческом возрасте. Успехи геронтологии. 2016;29(4):670–675].
- Balandin AA, Balandin VA, Balandina IA, Zheleznov LM. Morphological features of human cerebellar cortex in old age. Journal of Global Pharma Technology. 2017;9(3):42–48.
- Uchida A, Monsma PC, Fenn DJ, Brown A. Live-cell imaging of neurofilament transport in cultured neurons. Methods Cell Biol. 2016;131:21–90. doi: 10.1016/bs.mcb.2015.07.001
- Gafson AR, Barthélemy NR, Bomont P, et al. Neurofilaments: neurobiological foundations for biomarker applications. Brain. 2020;143(7):1975–1998. doi: 10.1093/brain/awaa098
- Steelman AJ, Thompson JP, Li J. Demyelination and remyelination in anatomically distinct regions of the corpus callosum following cuprizone intoxication. Neuroscience Research. 2012;72(1):32–42. doi: 10.1016/j.neures.2011.10.002
- Franklin RJM, Goldman SA. Glia Disease and Repair – Remyelination. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology. 2015;7(7):a020594. doi: 10.1101/cshperspect.a020594
- Klein B, Mrowetz H, Barker CM, et al. Age Influences Microglial Activation After Cuprizone-Induced Demyelination. Frontiers in Aging Neuroscience. 2018;10:278. doi: 10.3389/fnagi.2018.00278
- Krauthausen M, Saxe S, Zimmermann Ju, et al. CXCR3 modulates glial accumulation and activation in cuprizone-induced demyelination of the central nervous system. J Neuroinflammation. 2014;11:109. doi: 10.1186/1742-2094-11-109
Дополнительные файлы
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).