Васкулогенез эмбрионального мозга человека в условиях пренатальной алкоголизации

Риск развития ряда психических заболеваний, вызывающих снижение интеллектуальных способностей индивида, в значительной мере определяется тем, в каких условиях протекало его эмбриональное развитие [1, 5, 6, 8]. До сих пор многие вопросы физиологического и морфологического развития мозга человека, даже в норме, остаются мало изученными [2, 7]. В еще большей степени это относится к различным аспектам нарушения его развития, например, остаются единичными работы по ультраструктуре эмбрионального мозга человека, которые необходимы для выяснения механизма различных форм патологии. Недостаточно изучен ангиогенез головного мозга человека и влияние на этот процесс алкоголя.

Цель исследования : выяснение воздействия пренатальной алкогольной интоксикации на морфометрические параметры развивающихся сосудов коры большого мозга эмбрионов человека.

Материал и методы. Изучались эмбрионы 7-12 недель развития, которые были взяты во время операции по прерыванию беременности. Всего было получено 53 эмбриона: 23 – от больных алкоголизмом женщин (основная группа) и 30 – от здоровых женщин (контрольная группа). Возраст больных алкоголизмом женщин был 26-39 лет, длительность заболевания – от 3 до 13 лет. Во всех случаях была диагностирована II стадия алкоголизма (F10.201; F10.202 по МКБ-10). Возраст женщин контрольной группы был аналогичен таковому у больных матерей.

Головной мозг эмбрионов фиксировали в 0,5% растворе глутаральдегида на 0,1 М фосфатном буфере рН 7,3 – 7,4. Кусочки мозга размером 1 мм3 дофиксировали в 1% растворе OsO4 на том же буфере в течение часа, затем дегидратировали в спиртах восходящей концентрации и заливали в аралдит. Полутонкие (1-1,5 мкм) срезы изготавливали на ультратоме "Ultracut-E" (Австрия), окрашивали 1% водным р-ром метиленового синего. Для элек- тронной микроскопии ультратонкие срезы контрастировали уранилацетатом и цитратом свинца по Рейнольдсу и просматривали в электронных микроскопах JEM-100B и JEM-100CX. Электронно-микроскопически исследовали промежуточный слой стенки переднего мозга, который на этой стадии развития представляет собой скопление нейробластов, глиобластов, микроглиальных клеток, между которыми начинают прорастать кровеносные сосуды. Его выделяли, ориентируясь на вентрикулярный слой. Для морфометрии использовали срезы, на уровне промежуточного слоя, окрашенные метиленовым синим. С помощью цифровой камеры, встроенной в световой микроскоп, получали снимки в формате BMP. На снимках при помощи программы Scion Image for Windows были исследованы средняя площадь: общая площадь сосудов, деленная на общее количество сосудов (все сроки и все срезы); относительная площадь: общая площадь сосудов, деленная на площадь исследуемой ткани на снимке и умноженная на 100; количество сосудов на единицу площади: площадь сосудов, деленная на количество сосудов, а также средний периметр сосудов в контрольной и основной группах. Для статистической обработки данных использовали программу Statistica 6.0.

Результаты и обсуждение.

В изучаемые нами сроки, на 8-9-й неделях развития в норме и при пренатальной алкоголизации, сосуды головного мозга представлены капиллярами с тонкой стенкой. Хорошо выражены эндотелиоциты и перициты, просвет сосудов открыт и содержит форменные элементы крови. В сосудах появляется базальная мембрана, которая представлена рыхлым волокнистым материалом. В указанные сроки развития морфологических различий в развитии сосудов между основной и контрольной группами, выявлено не было.

На 10-й неделе развития в головном мозге человека начинается дифференцировка сосудов на артериальные и венозные. В норме и в основной группе уже хорошо выражена базальная мембрана капилляров. Как в том, так и в другом случаях апикальная поверхность эмбриональных эндотелиоцитов остается достаточно гладкой без значительных выбуханий этих клеток в просвет сосудов, полость которого остается свободной. К этому времени эндотелиальный слой становится тоньше и приобретает более гладкую поверхность. При анализе срезов мозга эмбрионов основной группы на 10-й неделе развития выявлены явления стаза в некоторых формирующихся сосудах. На 11-12 неделе развития более четко различаются капилляры, венулы и артериолы, при этом встречаются полностью заполненные эритроцитами сосуды.

Таким образом, при визуальной оценке данных электронной микроскопии четких различий между основной и контрольной группами выявить не удалось, и только морфометрическое исследование позволило установить ряд особенностей, которые отличают ткань развивающегося мозга в условиях алкоголизации от контроля. Соответствующие различия выступают только начиная с 10-й недели, что и нашло отражение в таблице.

Показатели средней площади сосуда в основной группе достоверно ниже к 11-й неделе развития. На 12-й неделе указанная тенденция сохраняется. Относительная площадь сосудов в ткани мозга основной группы характеризуется более высокими значениями, чем в контрольной. Достоверно выше она в этой группе на 11-й и 12-й неделях развития. Количество сосудов на единицу площади в основной группе достоверно повышается к 11-й и 12-й неделям развития головного мозга эмбрионов. Периметр сосудов значимо снижается в основной группе к 11-й неделе развития.

Обсуждение. Капилляры головного мозга по уль-траструктурной организации относятся к гемокапиллярам с непрерывной эндотелиальной выстилкой и базальной мембраной [4]. Функция гематоэнцефалического барьера (ГЭБ) эмбрионального мозга обеспечивается клеточными элементами – клетками эндотелия сосудов, развивающимися глиальными клетками, перицитами, и неклеточными структурами – базальной мембраной капилляров [5, 10]. Компоненты ГЭБ, естественно, находятся в непосредственном контакте с алкоголем, в том числе и при алкоголизации в период беременности, что делает актуальным изучение структуры кровеносных сосудов на разных стадиях их развития.

При оценке полученных нами данных важно учитывать сведения о том, что первые кровеносные сосуды в развивающемся конечном мозге человека обнаруживались в начале 7-й недели эмбриогенеза в области ганглиозного бугра (закладка стриатума), а несколько позже – в закладке неокортекса (латеральной стенке бокового желудочка) [5]. Появление кровеносных сосудов в закладке неокортекса непосредственно предшествует массовой миграции нейробластов из вентрикулярной зоны в область кортикальной пластинки. Ангиогенез начинается не одновременно во всех частях закладки неокортекса, а последовательно, начиная с латерального участка, граничащего с ганглиозным бугром, распространяясь в дорсальном направлении.

Таблица

Количественные характеристики сосудов в исследуемых группах

Примечание: * - достоверные отличия по сравнению с контролем (p<0,05). Двумя звездочками отмечены достоверные отличия параметров по сравнению с 11,12 неделями в контроле.

На 6-9-й неделе пренатального онтогенеза развивающиеся внутримозговые сосуды не дифференцированы на артериальные и венозные, а являются по своей структуре капиллярами, что согласуется с полученными нами данными. Наши наблюдения подтверждают и появление базальной мембраны на 8-9 неделях развития в виде рыхлого волокнистого материала малой электронной плотности [57, 9]. Однако на этих сроках развития встречаются еще участки где эндотелий непосредственно граничит с межклеточным пространством. Тем не менее, на этих и даже более поздних сроках развития – 10-11 недель уль- траструктурное изучение стенки сосудов не позволяет выявить особые различия между тканью мозга, развивающейся в норме и при алкоголизации матерей. Но компьютерно-морфометрический анализ позволил установить достоверные различия между некоторыми количественными показателям развития сосудистой сети. Речь идет об уменьшении средней площади сосудов и уменьшении их периметра на 10-12 неделях развития. Вместе с тем относительная площадь сосудов и их количество на единицу площади в основной группе было большим. В результате таких перестроек в сосудистом русле относительная площадь васкуляризации ткани увеличивается, что является компенсаторным механизмом, позволяющим уменьшить гипоксию эмбрионального мозга, возникающую при постоянной алкоголизации [3, 4, 10].

В нашем материале мы не наблюдали описанных при шизофрении изменений клеток эндотелия капилляров, т.е. не было отмеченного при шизофрении значительного увеличения поверхности эндотелиальных клеток с образованием множественных выростов, их вакуолизации и значительного уменьшения просвета сосудов [4]. Вероятно, это связано с тем, что алкоголь не является чужеродным веществом для организма и лишь его введение в больших дозах оказывает свое повреждающее действие.

Таким образом, алкоголизация материнского организма в период беременности оказывает значительное воздействие на динамику развития кровеносных сосудов эмбрионального мозга человека, что выражается, главным образом в изменении характера васкуляризации, направленной, вероятно, на компенсацию гипоксии развивающегося мозга.