Цитоархитектоника префронтальной коры мозга женщин в пожилом возрасте

Введение. Префронтальная кора лобной доли мозга человека играет ключевую роль в планировании, принятии решений, разрешении конфликтов, управлении собственными когнитивными функциями [6, 20]. Лобная область, и в частности префронтальная кора, принимает участие в реализации болевого симптома, ярко выраженного у женщин [10].

Нормальное старение человека связано с широким спектром нарушений в структуре и функции его мозга. Префронтальная кора обычно рассматривается как структура, которая больше других подвергается изменениям при нормальном старении. Этот регион, как показывают исследования, является одним из наиболее пострадавших с возрастом [13, 16, 19]. Уязвимость этого региона коры к старению подтверждается выраженным возрастным снижением таких процессов, как скорость обработки рабочей памяти, познавательного управления. Эти результаты согласуются с так называемой «лобной гипотезой старения», согласно которой большая часть старения когнитивных функций связана со структурным дефицитом префронтальной коры [21].

В последнее время большое значение в нейроморфологии приобретают исследования магнитно-резонансной томографии [5, 8]. В литературе имеются многочисленные данные МРТ-исследований возрастных изменений толщины коры, серого и белого вещества, как в мозге в целом, так и в отдельных выделенных в нём регионах [11, 15].

Исследования цитоархитектоники корковых и подкорковых структур мозга человека, в разных возрастных периодах, представлено в литературе в ограниченном количестве и выполнены в основном без дифференцировки по полу [1, 2, 3, 7, 14].

Рис/ 1. Участок поля 10 коры мозга, исследованного морфометрическими методами (базальная поверхность мозга женщины 67 лет и фронтальный срез правого полушария).

Цель исследования - получить данные цитоархитектонического исследования поля 10 префронтальной коры мозга женщин в пожилом возрасте.

Материал и методы исследования. Исследование префронтальной коры проводилось на непрерывных фронтальных тотальных парафиновых срезах левого и правого полушарий мозга. Толщина срезов 20 мкм. Окраска крезилом фиолетовым по методу Ниссля. Всего изучено 10 полушарий мозга женщин пожилого возраста (62-73 года), умерших от соматической патологии или несчастного случая и не страдавших психическими и неврологическими заболеваниями. Результаты исследования были сопоставлены с полученными нами ранее аналогичными данными при изучении мозга женщин зрелого возраста (19-33 лет) [3].

На каждом 40-м срезе была проведена дифференцировка поля 10 в соответствии с его характеристикой, принятой в Институте мозга. Морфометрические исследования проводились на орбитальных извилинах базальной поверхности полушарий мозга на расстоянии 1-2,5 см. от лобного полюса (рис. 1).

Были изучены следующие цитоархитекто-нические характеристики коры поля 10. Толщина коры и толщина ассоциативного слоя III измерялась на вершине извилин на микроскопе МБС-9 с цифровой камерой-окуляром DCM 130 в программе ScopePhoto (n=30).

Площадь профильного поля пирамидных нейронов слоя III3 исследовалась в идентичных местах левых и правых полушарий на комплексе электронно-оптического анализа изображений «Leica» (Германия), об. х40, ок. х10. Измерялись только те нейроны, у которых четко выделялись ядро и ядрышко (n=100–130).

Подсчет плотности нейронов, всей глии, количества сателлитных глиоцитов и их доли от всей глии, количество нейронов, окруженных сателлитными глиоцитами, и их доли от всех нейронов проводились в поле зрения площадью 41500 мкм2. В каждом полушарии мозга подсчет данных показателей был проведен в семи полях зрения (об. х40, ок. х10). Сателлитными глиоцитами считались те, которые располагались от нейронов на расстоянии диаметра ядра глиоцита. Подсчитывались только те нейроны и глиоциты, которые имели четкий контур и ядро.

Статистическая обработка данных выполнена в программе Statistica 8.0. Значимость межполушарных отличий изученных характеристик

Рис. 2. Цитоархитектоника поля 10 префронтальной коры мозга женщин зрелого возраста (А) и пожилого возраста (Б). Окраска крезилом фиолетовым по методу Ниссля. Ув. 25.

определялась с использованием парного теста Вилкоксона и U-критерия Манна – Уитни при уровне значимости р < 0,05.

Результаты исследования и их обсуждение. Изучение макроскопического строения мозга женщин пожилого возраста не выявило видимых возрастных изменений анатомического строения лобной доли их мозга. Фронтальные и орбитальные борозды не расширены, извилины выпуклой формы (рис. 1).

Исследование цитоархитектоники префронтальной коры у женщин пожилого возраста показало, что поле 10, также как в зрелом возрасте, хорошо дифференцируется среди других полей лобной доли мозга. У женщин пожилого возраста поле 10 имеет четко выраженную горизонтальную и вертикальную стратификацию коры. Наблюдаются небольшие очаги клеточного «запустения» (рис. 2).

Анализ морфометрических данных показал следующее.

У женщин пожилого возраста во всех ис- следованных нами случаях наблюдается значительное снижение толщины коры поля 10 по сравнению с аналогичной в зрелом возрасте. В левом полушарии мозга толщина коры поля 10 была равна у женщин зрелого возраста 2,54 мм, в пожилом – 2,16 мм, в правом полушарии – 2,47 мм, и 2,2 мм соответственно. Снижение толщины коры поля 10 в пожилом возрасте составляло в левом полушарии мозга 15%, в правом – 10,9%. Между двумя возрастными группами выявлены статистически значимые различия данного показателя (р=0,000) (рис. 3).

Большой вклад в уменьшение толщины коры вносит толщина ассоциативного слоя III. Она в левом полушарии мозга у женщин зрелого возраста была равна 0,68 мм, в пожилом – 0,54 мм. Снижение значения показателя составляет 20,6%. В правом полушарии мозга толщина слоя III поля 10 была равна 0,71 мм и 0,54 мм соответственно зрелому и пожилому возрасту. Уменьшение толщины слоя III составляет в правом полушарии мозга – 23,9%. Межгрупповые возрастные отличия

Левое полушарие

Правое полушарие

Зрелый возраст (группа I)

Пожилой возраст (группа II)

Среднее значение

* - возрастные отличия при р <0,05

Рис. 3. Толщина коры (мм) поля 10 лобной области мозга женщин в зрелом и пожилом возрасте.

толщины ассоциативного слоя III статистически значимы (р=0,000).

У женщин с возрастом отмечается изменение площади профильного поля нейронов слоя III поля 10. Однако, её величина изменяется в меньшей степени, чем величина двух вышеназванных показателей. В левом полушарии мозга площадь профильного поля пирамидных нейронов уменьшается у женщин от 151,4 мкм2 в зрелом возрасте до 145,4 мкм2 в пожилом возрасте, в правом полушарии – от 165,1 мкм2 до 154,5 мкм2. Процент снижения центрального сечения пирамидных нейронов слоя III поля 10 составляет – 4,0% в левом полушарии мозга и 6,4% в правом полушарии.

Одним из ведущих показателей характеризующий стареющий мозг является гибель нейронов, а следовательно уменьшение их числа в структуре мозга. Наши данные показали, что у женщин пожилого возраста в слое III поля 10 число нейронов в поле зрения резко уменьшается. У женщин зрелого возраста это число равно в левом полушарии мозга 22,5 нейронов, в пожилом возрасте 17,3 нейронов, в правом полушарии 22,6 нейронов и 15,9 нейронов соответственно. Уменьшение числа нейронов на единицу площади составляло в левом полушарии 23,1%, в правом полушарии мозга это снижение было еще более значительно и составляло 29,6%. Возрастное изменение данного показателя у женщин пожилого возраста при сравнении со зрелым статистически значимо (р=0,000) (рис. 4).

В группе женщин пожилого возраста наблюдается увеличение числа общей глии, которое было более резко выражено в правом полушарии мозга. В левом полушарии мозга в слое III поля 10 у женщин зрелого возраста в поле зрения располагалось 52,9 глиоцитов, в пожилом 56,4, в правом полушарии 47,9 и 55,3 глиоцитов соответственно. Увеличение числа общей глии составляло в группе женщин пожилого возраста в левом полушарии 6,6% (р=0,211), в правом – 15,4% (р=0,002).

Значительное снижение у женщин пожилого возраста количества нейронов и увеличение общего числа глиоцитов в слое III поля 10 существенно отразилось на изменении величины глиального индекса в изученной структуре мозга. В группе женщин зрелого возраста он был равен 2,4 в левом полушарии мозга и 2,1 в правом полушарии.

Левое полушарие

Правое полушарие

Зрелый возраст

Пожилой возраст

Среднее

(группа I)

(группа II)

значение

* - возрастные отличия при р <0,05

Рис. 4. Количество нейронов в поле зрения в слое III поля 10 коры мозга женщин в зрелом и пожилом возрасте (площадь поля зрения 41500 мкм2).

В пожилом возрасте его величина значительно увеличилась, особенно в правом полушарии мозга, и составляла 3,3 и 3,5 соответственно левому и правому полушарию. Увеличение величины глиального индекса в слое III поля 10 составило в группе женщин пожилого возраста 37,5% в левом полушарии мозга и 66,7% в правом полушарии. Отличие данного показателя между двумя возрастными группами женщин в обоих полушариях мозга статистически значимо (р=0,000).

Одним из важных показателей, характеризующих активность работы нейрона, является количество сателлитной глии, расположенной вокруг нейрона. У женщин пожилого возраста наблюдается снижение её числа. В левом полушарии мозга количество сателлитных глиоцитов в поле зрения было равно в слое III поля 10 в группе зрелого возраста 17,3, в пожилом возрасте – 13,4, в правом – 16,3 и 13,8 соответственно. Снижение количества сателлитных глиоцитов в слое III поля 10 в левом и правом полушарии мозга женщин пожилого возраста составляет 22,5% и 15,3% соответственно. Возрастные отличия статистически значимы (р=0,003 и р=0,045).

В пожилом возрасте у женщин в слое III поля 10 нами выявлено снижение не только количества сателлитных глиоцитов, но и количества нейронов окруженных ими. Так, в левом полушарии мозга в изученной структуре мозга их число в поле зрения было равно у женщин зрелого возраста 12,4, в пожилом возрасте - 9,8, в правом полушарии 11,3 и 9,4 соответственно. Уменьшение числа нейронов с сателлитными глиоцитами составляло у женщин пожилого возраста 21,0% в левом полушарии мозга и 16,8% в правом полушарии (р=0,001 и р=0,014).

Таким образом, результаты наших исследований показали, что у женщин пожилого возраста отмечаются значительные изменения морфологических характеристик поля 10 префронтальной коры мозга.

В группе женщин пожилого возраста по сравнению с группой зрелого возраста в обоих полушариях мозга нами выявлено статистически значимое уменьшение толщины коры поля 10, толщины ассоциативного слоя III, площади профильного поля пирамидных нейронов, их количества, числа сателлитных глиоцитов и нейронов окруженных ими. В пожилом возрасте в исследованных нами случаях наблюдалось увеличение общей глии и величины глиального индекса. Полушарные отличия возрастных изменений морфометрических характеристик поля 10 у женщин пожилого возраста слабо выражены. Однако, ряд показателей в большей степени изменяется в правом полушарии мозга по сравнению с левым.

Полученные нами данные согласуются с результатами других исследований, свидетельствующих о значительной уязвимости префронтальной коры к процессу старения [13, 19]. «Продольные» исследования глобальных и региональных темпов атрофии серого вещества, проведенные на одной и той же группе людей, с промежутком времени в 4 года, показали, что женщины после 65 лет имеют более высокую, чем у мужчин, скорость атрофии серого вещества в целом, а также в ряде регионах, в том числе в нижней, средней и верхней лобных извилинах [12]. Высоких темп атрофии мозга женщин в пожилом возрасте, как полагает автор, возможно, связан с некомпенсированным снижением уровня эстрогенов в период менопаузы.

Значительную атрофию структур префронтальной коры мозга с возрастом авторы связывают со снижением внимания, скорости обработки информации, рабочей памяти, управлением познавательных процессов [16, 21]. В литературе широко обсуждается вопрос о влиянии различных факторов на скорость возрастных изменений строения и функций мозга человека [9]. Хроническое повышение артериального давления увеличивает эффект старения на структуры мозга. Имеются данные о влиянии гипертонии на уменьшение объёма серого и белого вещества префронтальной области коры мозга человека [18]. Обсуждается вопрос о роли нейрон-глиальных взаимоотношений при ишемическом поражении мозга [4, 9].

В исследованных нами полушариях мозга пожилых женщин мы также не исключаем наличия морфологических признаков сосудистой патологии. Однако, решение этого вопроса требует самостоятельного изучения.

Исследование поддержано грантом РФФИ 15-04-07882А.