Возрастные изменения профильного поля нейронов коры поля 7 мозга мужчин и женщин в процессе старения

Агапов П.А., Боголепова И.Н., Малофеева Л.И. Возрастные изменения профильного поля нейронов коры поля 7 мозга мужчин и женщин в процессе старения// Морфологические ведомости.- 2019.- Том 27.- № 3.- С. 9-15. (27).03.9-15

Agapov PA, Bogolepova IN, Malofeeva LI. Age-related changes of the profile field of neurons of the area 7 of the brain of men and women in the process of the aging. Morfologicheskie Vedomosti – Morphological Newsletter. 2019;27(3):9-15. (27).03.9-15

Введение. Изучение возрастных изменений мозга человека остается актуальной задачей нейронаук на протяжении многих десятилетий поскольку в мире происходит увеличение продолжительности жизни и омоложение многих заболеваний, а процесс старения неизбежен. Исследованием старения мозга человека занимаются ученые различных направлений нейронаук. Имеется большое количество работ, посвященных возрастным изменениям сосудистой системы мозга, от которой напрямую зависит его функционирование. Так, в литературе показана зависимость когнитивных функций и морфологической сохранности ткани мозга от состояния сосудистой системы [1-4]. Другие исследователи для раскрытия фундаментальных механизмов возрастных изменений мозга обращают особое внимание на изучение старения мозга человека методами магнитнорезонансной томографии. В результате таких исследований было выявлено возрастное уменьшение объема мозга, которое начинается уже после 30 лет, к концу жизни в старческом возрасте уменьшение объема мозга может достигать 20-30%. Также авторы обнаружили гетерохронию процесса атрофических изменений ткани мозга [5-6]. Многие авторы обсуждают различия процесса старения мозга у мужчин и у женщин. Так, Kakimoto A. с соавт. [7] обнаружили различия в изменении объема коры и метаболизма глюкозы мозга мужчин и женщин. Параллельные изменения объема коры и метаболизма глюкозы проявлялись в медиальной лобной коре мозга мужчин и в латеральной и медиальной височной коре мозга женщин, тогда как уменьшение метаболизма глюкозы в коре проявлялись в латеральной и медиальной теменной коре мозга мужчин и префронтальной и речедвигательной коре мозга женщин. Кроме того, было отмечено снижение метаболизма глюкозы в теменной коре мозга мужчин, а у женщин, в отличие от мужчин, – в вентролатеральной и префронтальной коре [7]. В литературе можно найти огромное количество работ, иллюстрирующих различия региональных возрастных изменений коры мозга мужчин и женщин, в которых задействованы многие структуры мозга человека [8-9].

Особенностям возрастных изменений мозга человека посвящено значительное количество морфологических исследований мозга на микроуровне. Например, высказывается мнение, что уменьшение объема мозга, отдельных его структур и областей может быть связано не только с гибелью нейронов, но и с уменьшением размера нейронов [10], что было показано в исследованиях гиппокампа и субикулюма. В этих структурах мозга в старческом возрасте отмечено уменьшение размера нейронов на 33% [11]. В результате старения происходит не только уменьшение размера нейронов, также накапливаются дефекты в митохондриях, ядре, мембране и других структурах нейрона, изменяется структурная организация клеток [12-13]. Однако работ по цитоархитектонике, сопоставляющих темпы старения различных структурных образований коры мозга мужчин и женщин, а также мозга в целом, в литературе очень мало, а исследований, посвященных различию старения цитоархитектонических слоев коры ассоциативного поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин, почти нет. Верхняя теменная область и непосредственно цитоархитектоническое поле 7 участвуют во вторичной обработке зрительной [14] и двигательной информации; к функциям верхней теменной области относят процессы переключения и поддержания внимания, а также участие в восприятии пространства, где отмечаются определенные различия между мужчинами и женщинами. Кроме того, она участвует в фиксации зрительных образов, контроле движений и слежении за движениями рук [15].

Цель исследования – изучение изменений цитоархитектоники профильного поля пирамидных нейронов коры поля 7 мозга мужчин и женщин в процессе старения.

Материалы и методы исследований. На непрерывных тотальных фронтальных парафиновых срезах изучены значения площадей профильного поля пирамидных нейронов цитоархитектонических слоев III³ и V коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин трех возрастных групп: группы зрелого возраста (от 20 до 60 лет), группы пожилого возраста (от 60 до 75 лет) и группы старческого возраста (от 75 лет и старше). В каждой возрастной группе исследовано по 5 препаратов мозга мужчин и по 5 препаратов мозга женщин, взятых из коллекции лаборатории анатомии и архитектоники мозга ФГБНУ «Научный центр неврологии». Всего было исследовано 60 полушарий мозга человека. Срезы толщиной 20 мкм были окрашены крезиловым фиолетовым по методу Ниссля. Забор материала производился в течение 24 часов с момента наступления смерти и фиксировался в 10% растворе нейтрального формалина. Причиной смерти являлся несчастный случай или соматические патологии, все изученные люди при жизни не страдали психическими или неврологическими заболеваниями.

Измерение площади профильного поля пирамидных нейронов проводилось на анализаторе изображений «ДиаМорф». В каждом случае отбиралось по 5 гистологических срезов левого и правого полушарий мозга, на которых измерялись только сохранные нейроны с ядром и ядрышком. Исследуемый участок коры поля 7 с выраженной радиарной исчерченностью располагался на вершине извилин верхней теменной области медиальной поверхности полушария. Для каждого слоя каждого полушария отбиралось по 30 полей зрения, в которых измерялось не менее 100 нейронов. Всего исследовано более 12 000 нейронов. В работе представлены средние значения показателей и стандартная ошибка среднего. Отличия считались значимыми при уровне статистической значимости р≤0,05 по критерию Стьюдента.

Результаты исследования и обсуждение. Среднее значение профильного поля пирамидных нейронов в слое III³ коры поля 7 мозга мужчин зрелого возраста равнялось в левом полушарии – 220,8±3,3 мкм², в правом полушарии – 240,6±3,7 мкм². В группе мужчин пожилого возраста аналогичный показатель практически не изменился, и, значение профильного поля пирамидных нейронов составляло в левом полушарии – 216,5±3,7 мкм², и в правом полушарии – 235,6±4,2 мкм². При сравнении значения площади профильного поля пирамидных нейронов в мозге мужчин старческого возраста выявлено статистически значимое его уменьшение, как в левом, так и в правом полушариях. В левом полушарии мозга среднее значение площади профильного поля нейронов равнялось 193,0±3,9 мкм², а в правом – 187,9±3,7 мкм² (рис. 1).

Рис. 1. Пирамидные нейроны слоя III³ коры поля 7 верхней теменной области левого полушария мозга мужчин в зрелом (А) и старческом (Б) возрасте. Окр.: крезиловый фиолетовый по методу Ниссля. Ув.: х400

При изучении возрастных изменений значений профильного поля пирамидных нейронов слоя III3 коры поля 7 верхней теменной области мозга женщин, установлено, что в зрелом возрасте оно составляет в левом полушарии – 214,6±2,8 мкм2, в правом полушарии – 225,2±3,0 мкм2. В группе женщин пожилого возраста значение данного показателя статистически значимо уменьшается в обоих полушариях и равняется 188,5±2,3 мкм2 и 198,8±2,5 мкм2, соответственно. У женщин старческого возраста по сравнению с пожилым значение профильного поля пирамидных нейронов слоя III3 коры поля 7 уменьшается в левом полушарии до 173,8±2,0 мкм2 и в правом полушарии мозга – до 172,4±2,1 мкм2 (различия статистически достоверны как в левом, так и правом полушарии, что отражено на рисунке 2).

В цитоархитектоническом слое V коры поля 7 мозга мужчин зрелого возраста среднее значение профильного поля пирамидных нейронов составляло в левом полушарии 235,0±2,4 мкм2, в правом полушарии – 238,7±2,9 мкм2, в пожилом возрасте его значение статистически значимо уменьшилось и составляло соответственно 214,0±3,2 мкм2 и 221,9±3,2 мкм2. В старческом возрасте в слое V коры поля 7 мозга мужчин произошло наибольшее статистически значимое уменьшение значения профильного поля пирамидных нейронов. В старческом возрасте профильное поле пирамидных нейронов изученного слоя в среднем равнялось в левом полушарии 172,6±3,5 мкм2, а в правом полушарии – 166,8±2,5 мкм2 (см. рисунок 3).

Зрелый возраст Пожилой Старческий               Зрелый возраст Пожилой Старческий возраст возраст                                    возраст возраст

Мужчины                                        Женщины

• ■    Левое полушарие           । Правое полушарие

Рис. 2. Значение профильного поля пирамидных нейронов слоя III3 коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин в зрелом, пожилом и старческом возрасте (мкм²). Примечание: * – статистически значимые отличия от предыдущей возрастной группы, р≤0,05

300 1

Зрелый возраст Пожилой     Старческий

Зрелый возраст Пожилой возраст

Женщины

■ Правое полушарие

Старческий возраст

возраст возраст Мужчины

• ■    Левое полушарие

Рис. 3. Значение профильного поля пирамидных нейронов слоя V коры поля 7 верхней теменной области мозга мужчин и женщин в зрелом, пожилом и старческом возрасте (мкм²). Примечание: * – статистически значимые отличия от предыдущей возрастной группы, р≤0,05

У женщин в слое V коры поля 7 среднее значение профильного поля пирамидных нейронов составляло в левом полушарии 235,9±2,3 мкм2, в правом полушарии – 232,5±2,4 мкм2; в группе женщин пожилого возраста значение данного показателя не изменилось и равнялось в левом полушарии 238,7±2,7 мкм2 и в правом полушарии – 239,4±2,8 мкм2. В старческой возрастной группе женщин, также как у мужчин, в слое V коры поля 7

Морфологические ведомости – Morphological Newsletter: 2019 Том 27 Выпуск 3 происходит статистически значимое уменьшение профильного поля пирамидных нейронов в левом полушарии – до 184,1±2,1 мкм², в правом полушарии – до 173,4±2,2 мкм² (рисунок 3). Таким образом, можно отметить гетерохронию возрастных изменений цитоархитектонических слоев III и V коры поля 7 мозга мужчин и женщин. Значение профильного поля пирамидных нейронов слоя III коры мозга женщин статистически значимо уменьшается уже в пожилом возрасте, в то время как у мужчин статистически значимое уменьшение данного показателя происходит только в старческом возрасте. Однако, для слоя V коры поля 7 характерна противоположная тенденция: у мужчин уменьшение профильного поля пирамидных нейронов происходит как в пожилом, так и в старческом возрасте, в то время как у женщин в пожилом возрасте значение профильного поля пирамидных нейронов не изменяется, его резкое уменьшение происходит только в старческом возрасте.

В литературе отмечены особенности межполушарной асимметрии в процессе старения [16]. По нашим данным, в старости происходит сглаживание межполушарной асимметрии в обоих изученных цитоархитектонических слоях, как у мужчин, так и у женщин. Кроме того, стоит подчеркнуть тот факт, что бóльшее изменение значения профильного пирамидных нейронов характерно для правого полушария мозга мужчин и женщин. Гетерохрония возрастных изменений характерна не только для отдельных слоев коры поля 7 мозга человека, в литературе описаны возрастные различия начала старения функционально отличающихся цитоархитектонических полей коры мозга и различия в старении мозга мужчин и женщин. Выявленные в настоящем исследовании отличия старения верхнего и нижнего этажей коры мозга подтверждают работы, посвященные изучению дендритов. В них показано возрастное уменьшение числа дендритных разветвлений и числа базальных дендритов, которое особенно сильно выражено в глубоких корковых слоях по сравнению с поверхностными слоями I и III [17].

Гетерохрония возрастных изменений различных областей коры мозга человека широко иллюстрируется в исследованиях, выполненных с использованием методов магнитно-резонансной томографии. В них показаны глобальные особенности различия темпов изменения толщины коры в процессе старения. Так, по данным Lemaitre H. et al. (2012), наибольшая возрастная атрофия коры происходит в лобной области коры и в том числе в изучаемой нами верхней теменной области коры мозга [18]. Другие авторы выявили особенности темпов старения отдельных структур мозга мужчин и женщин и определенную индивидуальную вариабельность старения корковых формаций мозга мужчин и женщин [19-20], также была показана межполушарная асимметрия процесса старения коры мозга человека и ее влияние на когнитивные функции человека [21].

Заключение. Таким образом, можно сделать вывод, что в процессе старения мозга мужчин и женщин изменения сходных морфометрических показателей коры поля 7 наступают в разные возрастные периоды, динамика возрастных изменений функционально различных цитоархитектонических слоев III и V коры мозга мужчин и женщин также различна.

Авторы сообщают об отсутствии каких-либо конфликтов интересов при планировании, выполнении, финансировании и использовании результатов настоящего исследования.