Синаптическая пластичность как основа патологической реорганизации межнейронных отношений в коре большого мозга (экспериментальное исследование)

Синаптическая пластичность является составляющей нейропластичности, рассматривается как свойство синапсов реагировать на физиологические и патологические воздействия изменением эффективности транссинаптической передачи информации. Пластическая реорганизация синапсов обеспечивает адаптацию нейронов к изменениям информационного потока, проходящего через его афферентные входы, оптимизирует работу нейронных сетей и, как следствие, – возможность адаптации организма к среде обитания [1, 2, 3]. С позиций современных представлений о структурных механизмах синаптической пластичности [4, 5], ее роль как основы патологической реорганизации межнейронных отношений изучена недостаточно.

Цель настоящего исследования: выявить особенности структурно-функциональной перестройки синаптоархитектоники молекулярного слоя неокортекса белых крыс в качестве основы патологической реорганизации межнейронных отношений в мозге после острой ишемии и аудиогенного стрессового воздействия.

Объекты и методы

Эксперимент проведен с соблюдением принципов гуманного обращения с экспериментальными животными (приложение к приказу МЗ СССР от 1977) и в соответствии с рекомендациями Международного комитета по науке о лабораторных животных, поддержанных ВОЗ. Острая ишемия головного мозга моделировалась после внутрибрюшинного введения тиопентала-натрия в дозе 7,5 мг/кг. Выделялись обе общие сонные артерии и пережимались на 20 минут (основная группа, n = 40). Затем зажимы снимали, рану ушивали и обрабатывали раствором бриллиантовой зелени. У животных контрольной группы (n = 40) после доступа к сосудам клипирование не выполнялось (ложнооперированные). Основную (группа I, n = 40) и контрольную группы (II, n = 40) животных делили на подгруппы (I-1, I-2 и II-1, II-2). Животные подгрупп I-1 и II-1 два раза в неделю подвергались прерывистому аудиогенному воздействию (70–80 децибел) (по две минуты) в течение 3 месяцев. Животные подгрупп I-2 и II-2 содержались в тех же условиях, но без аудиогенного стрессового воздействия.

Изучали межнейронные синапсы сенсомоторной коры (СМК) большого мозга половозрелых беспородных белых крыс [6] через 1, 3, 5 и 9 месяцев после начала эксперимента с применением электронномикроскопического и морфометрического методов [1]. Оценивали: 1) синаптическую популяцию в целом; 2) степень повреждения популяции сохранившихся синапсов; 3) пространственную организацию сохранившихся синапсов и уровень неосинап-тогенеза (балльная оценка) [1].

Полученные количественные данные обработаны с помощью методов системного анализа с привлечением программы «Statistica-6» [7]. Использовался ранговый дисперсионный анализ Краскела-Уоллиса, парное сравнение (критерии Манна-Уитни и Колмогорова-Смирнова). Материал представлен как медиана ± среднее квартильное отклонение ( Me ± Q ). Q = ½ ( Q 1 – Me ) + ( Me – Q 2 ), где Q 1 – верхний квартиль, Q 2 – нижний квартиль.

Результаты исследования и их обсуждение. Сравнение синаптоархитектоники СМК животных подгрупп I-1, I-2 и II-1, II-2 по срокам исследования (дисперсионный анализ ANOVA Краскела-Уоллиса) показало, что через 1, 3, 5 и 9 месяцев наблюдения по всем показателям (кроме общей численной плотности через 1 месяц) имелись статистически значимые различия (табл. 1). С помощью парного сравнительного анализа по срокам исследования установлено, что наибольшие различия в сравнении с контролем были характерны для животных подгруппы I-1 (табл. 2).

Таблица 1

Сравнительная морфометрическая характеристика синаптической популяции молекулярного слоя сенсомоторной коры большого мозга белых крыс подгрупп I-1,1-2 и II-1, II-2 в отдаленном периоде

Примечание . «*» – статистически значимые различия параметров, характеризующих синаптоархитекто-нику животных всех сравниваемых подгрупп, по срокам отдаленного периода (ANOVA, df = 3; H – критерий Краскела-Уоллиса, p – уровень значимости различий).

В этой подгруппе было существенно больше синапсов, измененных по светлому типу деструкции, и отмечалась более сложная пространственная организация синаптических устройств за счет выраженной компенсаторной реорганизации сохранившихся синапсов (табл. 2).

Все вышеизложенное свидетельствует о существенной роли внешнего окружения (наличие или отсутствие стрессового раздражения) для исхода реорганизации межнейронных отношений в отдаленном постишемическом периоде.

Морфометрический анализ структурно-функционального состояния синапсов СМК белых крыс, перенесших острую ишемию, показал, что в отдаленном постишемическом периоде (1–9 месяцев) происходят изменения, не свойственные животным подгруппы без ишемии и аудиогенного стресса. Наиболее выраженная активация деструктивных и компенсаторновосстановительных изменений при фоне хроническом аудиогенном стрессовом воздействии на фоне ишемии.

Прогрессирующая гибель синапсов в отдаленном постишемическом периоде на фоне хронического стресса сопровождается выраженной компенсаторной реорганизацией межнейронных отношений в СМК, что приводит к существенному изменению интегративнопусковой деятельности этого отдела головного мозга и проявляется в виде различных нарушений неврологического статуса (например, увеличение судорожной готовности мозга).

Таблица 2

Общая численная плотность, содержание деструктивно измененных синапсов и степень сложности пространственной организации синаптических устройств в молекулярном слое сенсомоторной коры большого мозга белых крыс подгрупп I-1,1-2 и II-1, II-2 в отдаленном периоде

Примечание . «*» – статистически значимые различия в сравнении с подгруппой I-1 при p < 0,05, «**» – при p < 0,01 и «***» – при p < 0,001; «^» – статистически значимые различия в сравнении с подгруппой I-2 при p < 0,05 и «^^» – при p < 0,01; «^&» – статистически значимые различия в сравнении с подгруппой II-1 при p < 0,05, «^&&» – при p < 0,01 и «^&&&» – при p < 0,001; «#» – статистически значимые различия в сравнении с предыдущим сроком при p < 0,05 и «##» – при p < 0,01 (критерий Манна-Уитни и Колмогорова-Смирнова). «&» – статистически значимые изменения показателя в течение 9 месяцев в соответствующей подгруппе (ANOVA, df = 3; Краскела-Уоллиса, H – соответствующий критерий).

Очевидно, что за счет перманентной деструкции и компенсаторной реорганизации межнейронных синапсов образуются патологические системы головного мозга, патофизиология которых хорошо изучена в работах Г.Н. Крыжановского [8].

Заключение

Таким образом, хронический стресс после перенесенной острой ишемии головного мозга необходимо рассматривать как фактор, способствующий увеличению риска развития патологических нейронных систем в отдаленном постишемическом периоде. Однако для формирования патологической системы (образование устойчивых структурных изменений синаптоархитектоники) необходим длительный период. При этом каждое последующее стрессовое воздействие способствует деструкции синапсов и активации механизмов синаптической пластичности. В результате в сенсомоторной коре наблюдается перманентный циклический процесс реорганизации межнейронных контактов с увеличением количества высокоэффективных синапсов и закреплением связей между гиперактивными нейронами, которые могут служить основой формирования патологических детерминант.