НЕЙРОМОРФОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ КЛЕТОЧНЫХ СУБПОПУЛЯЦИЙ VI СЛОЯ СРЕДНЕГО МОЗГА СЕРОЙ ЖАБЫ (BUFO BUFO) В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННЫХ БИОТОПОВ КРАСНОЯРСКОГО КРАЯ

Л. Н. Афанаскина

ГБОУ ВПО КрасГМУ, Красноярск, Россия

afanln@mail. ru

NEUROMORPHOLOGICAL PLASTICITY OF CELL SUBPOPULATIONS

OF VI LAYER OF THE MIDDLE BRAIN OF THE COMMON TOAD (BUFO BUFO) IN CONDITIONS OF ANTHROPOGENIC HABITATS IN KRASNOYARSK REGION

L. N. Afanaskina

GBOU VPO KrasGMU, Krasnoyarsk, Russia

Функцией нервной системы является адаптация организма к изменяющимся услови — ям среды, обусловленной необходимостью различия значимых сигналов, формированием непрерывно обновляющихся генерализованных представлений и выработкой моторных программ (Карпин, 2005). Эволюционно закрепились механизмы репаративных перестроек и приспособления на уровне клеточных популяций структур мозга к меняющимся услови — ям биоты. Изучение адаптивных процессов на разных уровнях организации является зна — чимым, позволяет объективно оценить масштаб преобразований в биоте урбанизирован — ных территорий и степень экологической пластичности видов (Вершинин, 2007).

Целью настоящего исследования было изучение адаптивных перестроек с пози — ции анализа морфоцитохимических показателей на популяционно-клеточном уровне популяций VI слоя среднего мозга ихтиопсидного типа серой жабы Bufo bufo при воз — действии факторов среды.

Материалом для исследования послужили серые жабы (B. bufo), отловленные в мае-июне 2009–2010 гг. из биотопов Красноярского края, отличающихся степенью ур-банизации и уровнем загрязнения окружающей среды. Животные первой группы от-ловлены из поймы реки Берешь Шарыповского района (n = 4, m = 35,7 ± 2,7 г) – терри-тория с повышенным уровнем загрязнения. Вторая группа амфибий набрана из поймы р. Канзыба, Курагинского района (n = 7, m = 48,6 ± 2,6 г) – территория с низким уров-нем загрязнения природной среды (Государственный доклад, 2008).

Забор материала у амфибий осуществлялся с соблюдением правил Международ-ной федерации по защите животных (Приложение к приказу МЗ СССР №755 от

12.08.77; Приказ №1179 МЗ СССР от 11.10. 1983 и № 267 МЗ РФ от 19.06.2003) под воздушно-эфирным наркозом путем декапитации головы.

Изъятый мозг фиксировали по стандартной гистологической технике для нервной ткани, с последующим изготовлением серийных срезов с использованием санного мик — ротома «Slide 2002» (Орлянская и др., 2006). Готовые срезы толщиной 5-7 мкм (в зави-симости от структуры биологического материала) окрашивали на выявление рибонук-леопротеидных комплексов тионином по Нисслю в модификации И. В. Викторова

(1969) и на содержание общего белка амидочерным (АЧ 10Б) (Луппа, 1980).

Исследуемая структура – VI слой среднего мозга, являющегося высшим интегри-рующим центром, обеспечивающим регуляцию и координацию движений у амфибий.

Дифференцировку структур проводили по атласам мозга земноводных (Kemali, 1969).

Изучены линейные характеристики клеток (площадь сечения тела – Sт, цитоплазмы – Sц, ядра – Sя). Оценены производные линейных характеристик – ядерно-цитоплазмати-ческий коэффициент (ЯЦК), отражающий уровень метаболических процессов в клетках

в различных условиях их жизнедеятельности (Леонтюк и др., 1981). Проанализированы плотность нейронов и глиоцитов на единицу фиксированной площади (1 мм2); глио — нейрональные индексы (число клеток сателлитной и свободной глии на один нейро — цит). Подсчитывали число нейронов с разной степенью хромофилии цитоплазмы: нор-

мохромные, гипохромные и гиперхромные (Лютикова, 1980). На препаратах окрашен — ных амидочерным 10 Б, с помощью микроскопа Zeiss Axioskop со встроенной видеока — мерой и прилагаемым программным обеспечением, количественными методами иссле — дованы субпопуляции нейронов и глиоцитов VI слоя среднего мозга амфибий, где определено суммарное содержание общих водонерастворимых белков, составляющих основу сухого веса клеточных структур. При изучении белкового обмена в нейронах показатели содержания белка в ядре (Мя) и цитоплазме (Мц) рассматриваются, как по — казатели функционального уровня, концентрация белка в ядре (Ся) и цитоплазме (Сц) – как показатели регуляторного уровня (Савоненко, 1994).

Вышеперечисленные параметры, как по отдельности, так и в комплексе достаточ-но полно отражают функциональное состояние и компенсаторные реакции клетки и клеточной популяции (Островская, 2004). Полученные результаты обработаны с ис — пользованием непараметрического критерия Манна-Уитни (Малета и Тарасов, 1992) и

программы «Micromed Statistica 6.0».

В VI слое среднего мозга показатели профильного поля площади тела нервных кле — ток в среднем варьируют от 14,8 мкм2 у особей группы 1 до 20,7 мкм2 у особей группы 2 (табл. 1). Показатели площади профильного поля цитоплазмы у серой жабы в группе 2 в среднем составили 7,4 мкм2, а у особей из другого биотопа (группа 1) они были ниже в

1,2 раза (в среднем 6,0 мкм2). Нейроны данного слоя являются кариохромными (Sя > Sц),

средняя площадь ядер у особей серой жабы разных биотопов варьирует от 8,9 мкм2 до

13,1 мкм2. В этом слое сЯЦК клеток составило от 1,6 у жаб первой группы и 1,7 у жаб второй группы, т. е. Sя во всех нейронах превышает Sц в 1,5-1,8 раз (табл. 1).

Таблица 1

Сравнительные морфологические характеристики нейронных популяций VI слоя среднего мозга серой жабы (Bufo bufo)

Показатель Мe [25; 75]

1 группа

2 группа

Линейные параметры нейронов (мкм2)

14,8 [13,0; 17,7]

20,7 [17,4; 23,6]*

8,9 [7,9; 11,3]

13,1 [10,7; 15,4]*

6,0 [5,2; 6,6]

7,4 [6,5; 8,2]*

сЯЦК

1,6 [1,5; 1,7]

1,7 [1,6; 2,0]*

Показатели системы «нейрон-глия» (1 мм2)

ρ нейронов

9143,9 [8312,6; 9698,1]

8617,4 [7943,2; 9421,0]*

ρ глии своб.

3879,2 [3325,1; 4433,4]

2770,9 [2216,7; 3325,1]*

ρ глии сат.

2493,8 [2216,7; 2770,9]

1939,6 [1662,5; 2216,7]*

ГНИ своб.

0,4 [0,4; 0,5]

0,3 [0,3; 0,3]*

ГНИ сат.

0,3 [0,3; 0,3]

0,2 [0,2; 0,3]*

Оценка хроматофильной субстанции нейронов VI слоя

нормохромные

61,9 [60,0; 66,7]

63,5 [57,1; 69,4]

гиперхромные

22,9 [20,6; 24,2]

20,8 [17,5; 26,7]

гипохромные

15,0 [12,9; 16,7]

14,6 [11,8; 17,5]

Состояние фонда общих водонерастворимых белков в нейронных популяциях VI слоя

Сц

0,5 [0,5; 0,6]

0,5 [0,5; 0,5]*

Ся

0,2 [0,2; 0,3]

0,2 [0,2; 0,3]

рЯЦК

0,5 [0,4; 0,6]

0,5 [0,4; 0,6]

Мц

3,1 [2,6; 3,6]

3,6 [3,1; 4,0]*

Мя

2,4 [1,6; 3,2]

2,7 [2,0; 3,6]*

фЯЦК

0,7 [0,6; 1,0]

0,8 [0,6; 1,0]

Примечание: площадь профильного поля тела нервной клетки – Sт; цитоплазмы – Sц и ядра – Sя; сЯЦК – структурный ядерно-цитоплазматический коэффициент;  – плотность; своб. – свободная глия; сат. – сателлитарная глия; ГНИ – глио-нейрональный индекс; Ся – концентрация общих водонерастворимых белков в ядре; Сц – концентрация общих водонерастворимых белков в цитоплазме; рЯЦК – регулятор — ный ЯЦК (Ся/Сц); Мя – содержание общих водонерастворимых белков в ядре; Мц – содержание общих водонерастворимых белков в цитоплазме; фЯЦК – функциональный ЯЦК (Мя/Мц); * – различия досто — верны (критерий Манна-Уитни, р < 0,05).

Показатели плотности нейронов в VI слое среднего мозга у жаб группы 1 выше, чем жаб группы 2 в 1,1 раза. Плотность свободных (в среднем 3879,2 на мм2) и сатте — литных глиоцитов (2493,8) в данном слое преобладает в среднем мозге VI слое у жаб группы 1, что указывает на более интенсивный процесс пролиферативных процессов. Глио-нейрональный индекс (ГНИ) в системе «нейрон – свободный глиоцит» в нейро — нальных популяциях у жаб группы 1 в 1,3 раза выше, чем у жаб группы 2. В системе

«нейрон — саттелитный глиоцит» этот показатель также преобладал в исследуемых по — пуляциях среднего мозга жаб группы 1 в 1,5 раз по сравнению с особями группы 2 (табл. 1), что свидетельствует об усилении интенсивности пролиферации глиальных

клеток, обеспечивающих нейроны питательными веществами и восстанавливающих и

усиливающих их функциональные способности.

При сравнении глио-нейрональных популяций B. bufo из двух биотопов, следует обратить внимание на то, что вариабельность плотности распределения нервных клеток VI слоя среднего мозга следует связать с разницей линейных параметров нервных кле — ток. Площадь профильных полей тела, цитоплазмы и ядра нейроцитов в биотопе 1 меньше, чем в биотопе 2. Плотность более мелких нейроцитов в среднем мозге выше в биотопе 1.

Следовательно, в VI слое среднего мозга B. bufo из биотопа 1 нейроциты имеют более низкие линейные параметры с более высокой плотностью глиоцитов, что обеспе — чивает оптимальную регуляторную деятельность интегративной системы серой жабы в условиях существования данного биотопа.

В популяциях нейронов VI слоя, по оценке хроматофильной субстанции у особей серой жабы из сравниваемых биотопов 1 и 2 наблюдается однонаправленная вариа — бельность распределения тигроидного вещества в цитоплазме нейронов: преобладал нормохромный тип клеток, на фоне которых чаще встречались темные – гиперхромные и реже, светлые – гипохромные нейроны. Диапазон разброса нейрональной популяции по анализируемому показателю отражает процесс приспособления животных к услови — ям среды на клеточном уровне за счет изменения интенсивности функционирования белоксинтезирующей системы (табл. 1).

У серой жабы в группах 1 и 2 средние значения концентрации белков в цитоплаз — ме нейронов (Сц) превышают значения в ядре (Ся) в 2,5 раза. Значения рЯЦК жаб обо — их биотопов имеет идентичные значения и достоверно не различается. Содержание об — щих водонерастворимых белков в цитоплазме (Мц) превышает содержание общих во — донерастворимых белков в ядре (Мя) в 1,3 раза. Повышение значений показателей Мц и Мя у особей из группы 2 свидетельствуют о увеличении содержания белков в цито — плазме и ядрах клеток и повышении функциональной активности нейронов данного слоя у особей из этой группы. Значения фЯЦК у жаб изучаемых групп достоверно не различается (табл. 1).

Анализируя полученные данные о морфоцитохимическом состоянии клеток VI слоя среднего мозга земноводных, обитающих на территориях с низким и повышенным уровнем загрязнения, можно сделать вывод о наличии целого ряда компенсаторно — приспособительных реакций со стороны нейро-глиальных популяций, в ответ на нега — тивное воздействие факторов среды.

В клеточных популяциях VI слоя B. bufo группы 1, обитающих на территории с повышенным уровнем загрязнения, наблюдается достоверное снижение линейных па — раметров нервных клеток, увеличение плотности распределения нейронов, свободных и сателлитных глиоцитов, и снижение содержания в цитоплазме и ядрах нейронов общих водонерастворимых белков. Данные изменения свидетельствуют о протекании адап — тивных перестроек в изучаемых клеточных популяциях, и направленны на поддержа — ние гомеостаза в конкретных условиях обитания амфибий.

Таким образом, полученные сочетания типовых форм адаптационных перестроек, происходящие на уровне клеточных популяций структур ЦНС земноводных, в ответ на воздействия факторов среды, дают возможность оценить пластичность структур мозга земноводных, обеспечивающих поддержание относительного динамического равнове — сия организмов этого вида в условиях испытываемых воздействий на урбанизирован — ных территориях.

Список литературы

1. Вершинин В. Л. Биота урбанизированных территорий. Екатеринбург, 2007. 73 с.

2. Викторов И. В. Окраска нервной ткани забуференным раствором кризилового фиолетового прочного // Современные методы морфологических исследований мозга. М.: изд. Ин-та мозга, 1969. С 5–7.

3. Государственный доклад «О состоянии и охране окружающей среды в Красно — ярском крае за 2007 год» / М-во природ. ресурсов и лесн. комплекса адм. Краснояр. края, Енисейс. упр. Федерал. службы по экол., технол. и атом. надзору, Упр. Федерал. службы по надзору в сфере природопользования по Краснояр. краю ; [общ. рук. Д. В. Варфоло — меев ; науч. рук.: И. В. Варфоломеев, Ю. М. Мальцев]. Красноярск: 2008. 266 с.

4. Карпин В. А. Биологическая система: интеграция приспособительных процес-сов // Философия науки. 2005. № 3 (26). С. 127–140.

5. Кукуев Л. А. Структура двигательного анализатора. Л.; Медицина, 1968, 279 с.

6. Леонтюк А. С., Леонтюк Л. А., Сыкало А. И. Информационный анализ в морфо-логических исследованиях. Минск: Наука и техника, 1981. 160 с.

7. Луппа Х. Основы гистохимии. Пер. с нем. М.: Мир, 1980. 343 с.

8. Лютикова Т. М. Дополнение к анализу состояния нейронов при эксперимен — тальных интоксикациях // Тез. докл. обл. научн.- практ. конф. по изобрет. и рационали — зации в медицине. Омск, 1980. С. 43–44.

9. Малета Ю. С., Тарасов В. В. Непараметрические методы статистического анализа в биологии и медицине. М.: МГУ, 1992. 178 с.

10. Орлянская Т. Я., Ильченко А. В., Трубина Н. И., Христова Ю. Ю. Пластичность нейронных популяций переднего мозга у молодых животных при экзогенном воздей — ствии // Омский научный вестник, 2006. № 3 (37), ч I. С. 80–83.

11. Островская Т. И. Информационный и корреляционный анализ организации клеточных популяций закладки коры лобной доли в онтогенезе человека // Фундамен — тальные проблемы морфологии. Минск: БГМУ, 2004. С. 84–86.

12. Савоненко A. B. Экспериментальное изучение психического влечения к алко — голю у крыс линии Вистар и некоторые цитохимические корреляты этого состояния: Дис. .канд. биол. наук. М.: МГУ, 1994. 155 с.

13. Kemali M., Breitenberg V. Atlas of the forg brain // Berlin: Springer Verl., 1969. 284 p.

Материал взят из: Современная герпетология: проблемы и пути их решения — Первая международная молодежная конференция герпетологов России и сопредельных стран Санкт-Петербург, Россия 25–27 ноября 2013 г.