Становление структур головного мозга в антенатальном онтогенезе

Введение. Стволовые клетки центральной нервной системы является сегодня предметом интенсивного изучения. Большая часть исследований посвящены экспрессии генов, но интерес представляют и морфологические характеристики развивающегося головного мозга. Кроме того, знания о сроках созревания различных структур головного мозга позволяют оценить влияние различных факторов на процессы становления центральной нервной системы в динамике антенатального и постнатального онтогенеза.

Изучение стволовых клеток в нейроэпителии головного мозга крысы проводится с помощью авторадиографией тимидином для выявления пролифири-рующих клеток и классической гистологии.

Септальная область. В септальной области располагаются четыре группы ядер. Латеральная группа содержит латеральное септальное ядро, септофимбриальное и септогиппокампальное ядра. Медиальный септальный комплекс включает медиальное септальное ядро и ядро диагональной полосы. Каудальная группа состоит из треугольного ядра, ядра передней комиссуры и медуллярной полоски. Наконец, ядро терминальной полоски образует вентральную группу. Большая часть нейронов ядер септальной области образует морфофункциональные связи, по крайней мере, с тремя другими отделами головного мозга: гипоталамусом, гиппокампом и миндалиной.

Латеральная группа представляет собой самое крупное скопление тел нейронов в септальной области. Ядра не являются однородной структурой, нейроны в них отличаются по размерам. Существуют области с различной плотность расположения клеток. Обычно в ядрах латеральной группы выделяют дорсальную, промежуточную и вентральную часть, хотя эти границы достаточно спорны. Дендриты нейронов ядер латеральной группы имеют развитый шипико- вый аппарат, однако в латеральном септальном ядре обнаружен особый класс нейронов, у которых шипи-ки расположены на самом теле клетки. Септофимбриальные нейроны в среднем имеют большие размеры, по сравнению с другими нейронами ядер латеральной группы. Аксоны некоторых нейронов образуют коллатерали, что предполагает наличие локальных тормозных влияний, однако виды этих интернейронов не установлены и не описаны. Цитоархитекто-нические границы между медиальным септальным ядром и ядром диагональной полоски не выражены, оба скопления тел нейронов связаны аксонами нейронов ядра диагональной полоски. В медиальной группе ядер септальной области описаны несколько типов нейронов. Некоторые из нейронов крупные, ги-перхромные, а другие – мелкие веретеновидные.

Треугольное ядро и ядро передней комиссуры образованы плотно расположенными перикарионами нейронов. Нейроны медуллярной полоски намного меньше по размерам, их цитоплазма лишь слегка окрашивается тионином.

Нейроны септальной области в среднем генерируются от 13-х до 17-х суток эмбриогенеза. Первыми созревают нейроны медиальных ядер, позже других – клетки латеральных ядер, прилежащие к эпендимальной выстилке бокового желудочка [3, 9, 11, 22].

Миндалина. Постериолатеральные и передние кортикальные ядра миндалины, которые носят название периамигдалоидной коры, занимают промежуточное внешнее положение по отношению к другим компонентам миндалины. Сравнительный анализ цитархитектоники отделов, а также поуровневое исследование нейронной организации кортикального ядра миндалины показали, что оно представляет собой гетерогенное образование. Переднее кортикальное ядро, медиальная часть заднего кортикального ядра, латеральная часть заднего кортикального ядра, заднее кортикальное ядро переходного к гиппокампу участка являются зонами диффузно расположенных нейронов, а периамигдалярная кора рострального уровня центрального отдела и периамигдалярная кора каудального уровня центрального отдела и заднего отдела миндалевидного комплекса является старой корой.

В кортикальных ядрах поверхностно располагается молекулярный слой мелких непирамидных нейронов, затем – плотноклеточный, содержащий тела пирамидных нейронов, и мультиформный.

Нейромедиаторы пирамидных нейронов коры миндалины – серотонин, ацетилхолин, аспартат, в то время как непирамидные нейроны мультиформного и молекулярного слоя являются ГАМК-ергическими, тормозными [5, 6, 11, 14].

Нейрогенез в миндалине в основном протекает на 13-15 сутки до рождения, но некоторые нейроны закладываются еще на 12 сутки, а другие созревают лишь к 21-м. Существует определенная зависимость между размерами клеток и сроком их генерации. Так, средние нейроны созревают на 13-15 сутки, круп- ные – на 14-15, мелкие – на 18-21-е сутки. Самые молодые нейроны (16-19-е сутки до рождения) миндалины крыс находятся в миндалевидно-гиппокампальной зоне.

Ядро бокового обонятельного тракта представляет собой скопление перикарионов нейронов в переднемедиальной миндалине. Его нейроны генерируется в основном на 14-15 сутки до рождения, первые нейроны (более старшие) располагаются медиально, а более младшие – латерально.

Ядро придаточного обонятельного тракта содержит диффузно расположенные мелкие клетки, созревание которых происходит с 12-х по 15-е сутки эмбриогенеза.

Центральное ядро лежит в дорсальной части миндалины, под полосатым и медиальным ядрами базолатеральной группы. Его нейроны генерируется от 13 до 18-х суток антенатального развития.

Медиальное ядро образует медиальную стенку миндалины, нейроны данного ядра созревают на 13-16-е сутки, в антеро-вентральной части раньше, а в постериодорсальном позже.

Нейроны в базомедиального и базолатерального ядра генерируются от 14 до 17-х суток, а латеральное ядро содержит нейроны, которые созревают значительно позже – только на 19-20-е сутки [11, 20].

Обонятельная луковица. Обонятельная луковица является важным компонентом переднего мозга крысы. В обонятельной луковице различают: слой обонятельных нейронов гломерулярный (клубочковый) слой, обонятельный клубочек, наружный сетчатый слой, слой митральных клеток, внутренний сетчатый и слой зернистых клеток.

Выделяют несколько основных типов нейронов обонятельной луковицы: митральные, пучковые, амакриновые, околоклубочковые и короткоаксонные. Пучковые нейроны, в свою очередь подразделяются на наружные, средние и внутренние, короткоаксонные – на поверхностные и глубокие. Пучковые и митральные клетки выполняют роль релейных нейронов, тогда как значение околоклубочковых, амакриновых и короткоаксонных нейронов (интернейронов) сводится к модуляции их нейрональной активности.

Самыми первыми созревают митральные клетки (14-16-е сутки эмбриогенеза). Пучковые нейроны генерируются с 16-х по 22-е сутки, а интернейроны – к концу первой недели после рождения [5, 6, 11, 20].

Кора головного мозга. Кора головного мозга крыс подразделяется на гиппокампальную формацию, обонятельную кору и неокортекс [6].

Гиппокампальная формация. Гиппокамп состоит из плотно упакованных в ленточную структуру клеток, которые тянутся вдоль медиальных стенок нижних рогов боковых желудочков мозга в переднезаднем направлении. Обе половины гиппокампа связаны между собой комиссуральными нервными волокнами. Гиппокампальную формацию подразделяют на «собственно гиппокамп» (поля СА1, СА2 и СА3), зубчатую извилину и субикулум. Собственно гип- покамп делят на проксимальную крупноклеточную и дистальную мелкоклеточную области, причем поля СА3 и СА2 эквивалентны крупноклеточной области, а CA1 – мелкоклеточной.

Согласно современной гистологической номенклатуре в собственно гиппокампе выделяют три слоя: 1) молекулярный (stratum moleculare), включающий эумолекулярный (substratum eumoleculare), лакунарный (substratum lacunosum) и радиальный (substratum radiatum) подслои; 2) пирамидный (stratum pyramidale) и 3) краевой (stratum oriens) слои. Организация слоев, как правило, одинакова для всех полей гиппокампа.

В молекулярном слое находятся тела трех типов непирамидных ГАМК-ергических нейронов. В эумолеку-лярном подслое лежит пучок волокон, направляющийся из субикулума, заканчиваются афферентные пути из энторинальной коры и ядер срединного таламуса и В лакунарном подслое проходят аксоны, идущие от гиппокампа в субикулум. В поле CA3, в отличии от полей CA2 и CA1, есть узкая бесклеточная зона, расположенная чуть выше слоя пирамидных нейронов, где проходят аксоны клеток зубчатой извилины (substratum lucidum). На дистальном конце эти волокна образуют изгиб, который отмечает границу полей CA3 и CA2. Substratum radiatum включает в себя нервные волокна, обеспечивающие связи нейронов полей СА3 и СА1.

В гиппокампе крысы первыми дифференцируются пирамидные нейроны полей CA3ab (на 17-е сутки эмбриогенеза), затем нейроны полей СА1 и CA3c. Зернистые нейроны зубчатой извилины гиппокампа образуются главным образом в течении первой недели после рождения.

Предполагаемый источник развития пирамидных нейронов гиппокампа – выпуклость медиальной стенки переднего мозгового пузыря, которую можно заметить у 14-суточных эмбрионов крысы. Ее нейроэпителий имеет высокий уровень пролиферативной активности до 19-х суток внутриутробного развития. Образующиеся в последующие дни пирамидные нейроны покидают эту зону и мигрируют в пирамидный слой. Нейроны поля CAl мигрируют в радиальном направлении в течении4-х дней до места назначения. Хотя нейроны CA3 дифференцируются раньше, чем нейроны CAl, им требуется больше времени для миграции, так как они проходят вокруг скопления нейронов СА1. Возможно, что более раннее время возникновения нейронов СА3 связано с их более длительной миграцией. У новорожденных крысят многие пирамидные клетки все еще мигрируют в соответствующие слои [4, 7, 10, 17, 18, 19].

Зубчатая извилина (парагиппокамп) в передней части мозга находится под собственно гиппокампом, а в задней части – медиальнее его. Она состоит из трех слоев. Самый глубокий на фронтальных срезах – молекулярный (stratum moleculare), затем зернистый слой (stratum granulare), а самый верхний – мульти-формный (stratum multiforme). В этих слоях располагаются 9 типов нейронов.

В молекулярном слое располагаются тела мелких корзинчатых нейронов, чьи аксоны заканчиваются на корзинчатых клетках зернистого слоя, а дендриты не покидают молекулярного слоя. Второй тип нейронов молекулярного слоя – клетки-канделябры. Данные типы нейроны получают импульсы по возбуждающему перфорантному пути, являются ГАМКергиче-скими (также содержат и парвальбумин) и оказывают тормозное влияние на зернистые нейроны. Кроме того, в этом слое располагаются дендриты зернистых, корзинчатых и полиморфных нейронов.

В зернистом слое располагаются 2 типа нейронов. Зернистые нейроны имеют перикарионы эллиптической формы. Между зернистыми и полиморфными нейронами находятся корзинчатые клетки. Зернистые нейроны используют в качестве медиаторов глутамат и динорфин, а корзинчатые – ГАМК и парвальбумин. В полиморфном слое находится пять типов нейронов. Самые распространенные из них – моховидные. Их перикарионы имеют пирамидную или полигональную форму. Все нейроны полиморфного слоя содержат медиатор ГАМК и оказывают тормозное влияние на пирамидные клетки полей гиппокампа и на соседние нейроны своего же слоя.

Зернистые клетки зубчатой извилины генерируются у крыс уже после рождения, в основном в первую постнатальную неделю. Кроме того, даже у взрослых животных в этой области гиппокампальной формации сохраняются стволовые нервные клетки, способные к делению и дифференцировке для замещения погибших нейронов [4, 5, 7, 12, 21].

Неокортекс. Неокортекс крысы состоит из пяти основных клеточных слоев (II-VI) и субпластинчатого, причем слои (II-IV) тоньше, чем у человека, а VI и V более широкие. Нейронная организация изокортекса чрезвычайно сложна. Для нее характерно наибольшее среди других отделов центральной нервной системы разнообразие типов и разновидностей нейронов. Согласно гистологической номенклатуре нейроны изокор-текса подразделяют на проекционные и ассоциативные. К первым относят малые, промежуточные, большие, гигантские и инвертированные пирамидные нейроны, отростчатые и безотростчатые звездчатые нейроны, веретеновидные и овоидные нейроны. К ассоциативным относят биполярные, горизонтальные, корзинчатые, канделябровидные, нейроглиоморфные и гроздевидные двухпучковые нейроны. Нейроны изокортекса можно разделить на три большие группы: пирамидные, непирамидные и переходные нейроны [1, 2, 7, 16, 23].

Большинство неокортикальных нейронов созревают на 14-20-е сутки антенатального онтогенеза. Процесс их генерации можно разделить на три основные периода.

В первом периоде (14-15-е сутки эмбриогенеза) нейроны Кахаля-Ретциуса заселяют первый слой коры, а субпластинчатые нейроны формируют самый нижний ее слой.

Во втором периоде (15-17-е сутки) созревают V-VI слои, а в третьем (17-20-е сутки) – II-IV. Самые молодые нейроны располагаются во II слое, они генерируются лишь к 21 дню антенатального развития.

К 15-м суткам внутриутробного развития происходит выделение коры из переднего мозгового пузыря конечного мозга. При этом закладка коры представлена 16-20 рядами клеток различной степени дифференцировки с преобладанием нейробластов. На 16-й день пренатального онтогенеза, по сравнению с предыдущим сроком, толщина закладки неокортекса возрастает на 86%, в последнем насчитывается 25-30 слоев клеток. Между закладкой коры и клетками, расположенными вблизи полостей желудочков, отмечается появление нервных волокон. На 17-е сутки толщина стенки возрастает на 83%, по сравнению с 16-суточными эмбрионами. В коре полушарий отмечается дифференцировка клеток молекулярного и наружного зернистого слоев. На 18-е сутки эмбриогенеза стенка конечного мозга белой крысы утолщается еще на 18%, что объясняется увеличением числа нейронов в коре, особенно в наружных зернистом и пирамидных слоях. На 19-е сутки внутриутробной жизни толщина неокортекса белой крысы увеличивается на 11%, что связано с нарастанием числа нейронов во всех слоях коры и обособлением ее внутреннего зернистого слоя. При этом клетки наружного и внутреннего пирамидных слоев находятся на разных стадиях дифференцировки. Слой полиморфных клеток выражен слабо, в нем выявляются единичные фигуры митоза. На 20-е сутки эмбриогенеза клетки пирамидных слоев находятся на разных стадиях дифференцировки, среди них наблюдается нарастание зрелых форм, что характерно в эти сроки для всех слоев. На внутренней поверхности полиморфного слоя определяется пластинка белого вещества. В связи с нарастанием процесса дифференцировки структурных элементов коры полушарий толщина неокортекса увеличивается на 4%, по сравнению с эмбрионами 19-х суток [2, 7, 8, 13, 16].

Таким образом, изложенные в настоящей статье сведения о микроскопическом строении и сроках созревания нейронов различных отделов головного мозга дают фундаментальную основу для дальнейших исследований его развития и влияние на этот процесс различных эндогенных и экзогенных факторов.