КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СИНАПТИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ И РЕЦЕПТОРОВ ПОЛУШАРИЙ БОЛЬШОГО МОЗГА ЭМБРИОНОВ ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И В УСЛОВИЯХ ПРЕНАТАЛЬНОЙ АЛКОГОЛИЗАЦИИ МАТЕРИ

КОЛИЧЕСТВЕННЫЙ АНАЛИЗ СИНАПТИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ  И  РЕЦЕПТОРОВ ПОЛУШАРИЙ БОЛЬШОГО МОЗГА ЭМБРИОНОВ ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И В УСЛОВИЯХ ПРЕНАТАЛЬНОЙ АЛКОГОЛИЗАЦИИ МАТЕРИ

Научная статья

Солонский А.В.^1, *, Шушпанова Т.В.²

¹ ORCID: 0000-0002-1843-5833,

² ORCID: 0000-0002-9455-0358,

^{1, 2} Томский национальный исследовательский медицинский центр Российской академии наук, научно-исследовательский институт психического здоровья, Томск, Россия

* Корреспондирующий автор (anatsol[at]mail.ru)

Аннотация

На материале мозга человека 6-15 недель гестации установлены параметры ультраструктурных и рецепторных проявлений воздействия материнской пренатальной интоксикации на синаптогенез и свойства бензодиазепиновых рецепторов. Выявлены зависящие от срока гестации формы межклеточных соединений между нейробластами в промежуточном слое коры головного мозга. Установлена структурная задержка развития синаптических контактов авезикулярного и везикулярного типов. Установлено снижение плотности и аффинности рецепторов синаптосомальных мембран на материале эмбрионального головного мозга человека, развивающегося в условиях алкогольной интоксикации материнского организма.

Ключевые слова: эмбрион, мозг, синаптогенез, алкоголь.

QUANTITATIVE ANALYSIS OF SYNAPTIC CONTACTS AND RECEPTORS OF CEREBRAL HEMISPHERES OF HUMAN EMBRYONS: NORMAL AND IN CONDITIONS OF PRENATAL MATHER ALCOHOLATION

Research article

Solonsky A.V.^1, *, Shushpanova Т.V.²

¹ ORCID: 0000-0002-1843-5833;

² ORCID: 0000-0002-9455-0358,

^{1, 2} Tomsk National Research Center for Medicine by the Russian Academy of Sciences, Research Institute of Mental Health, Tomsk, Russia

* Corresponding author (anatsol[at]mail.ru)

Abstract

The parameters of ultrastructural and receptor manifestations of the effect of maternal prenatal intoxication on synaptogenesis and the properties of benzodiazepine receptors are established based on the human brain material, 6-15 weeks of gestation. The forms of intercellular connections between neuroblasts in the intermediate layer of the cerebral cortex were identified depending on the duration of gestation. Structural delays in the development of synaptic contacts of the avesicular and vesicular types were established. The reduction of density and affinity of receptors of synaptosomal membranes was established on the material of human embryonic brain, which develops under the conditions of alcoholic intoxication of the mother organism.

Keywords: embryo, brain, synaptogenesis, alcohol.

Межнейронные связи формирующегося головного мозга определяют интеллект и возможность осуществления психических функций человека [1]. С этой точки зрения синаптогенез является определяющим процессом, благодаря которому клетки становятся восприимчивыми к электрическим сигналам, получают возможность обработки и передачи нервных импульсов [2], [3]. Синаптогенез представляет собой процесс формирования межклеточных контактов в ходе миграции, стратификации и образования межклеточных ансамблей – микроколонок, участвующих в модульной обработке сигналов. На этот процесс могут оказывать влияние как эндогенные – морфогенетические факторы, так и экзогенные факторы – гипоксия, радиация, наркотические средства, алкоголь [4], [5], [6]. Характер влияния алкоголя на формирование мозга плода человека в целом слабо изучен, несмотря на обилие экспериментальных работ. Особенности же воздействия пренатальной экспозиции алкоголя на синаптогенез практически не изучены, за исключением ряда исследований [7], [8], [9], [10].

Целью исследования было выявление особенностей синаптогенеза (морфологических, морфометрических, функционально-биохимических) нейробластов и юных нейронов головного мозга 6-15 недель гестации, развитие которых сопровождалось алкогольной интоксикацией матери.

Материал ткани головного мозга человека изучали методом электронной микроскопии и радиорецепторного анализа.

Кусочки ткани мозга от здоровых женщин и употреблявших алкоголь в период беременности подготавливали к просмотру в электронных микроскопах JEM 100B и JEM 100CX (JEOL, Япония), предварительно зафиксировав в 0,5% растворе глутарового альдегида с дополнительной фиксацией в 0,1% растворе OsO₄ с заливкой в эпоксидную смолу аралдит. Полутонкие и ультратонкие срезы изготавливали на ультрамикротоме «Ultracut-E» (Reichert Jung, Австрия), окрашивали толуидиновым синим (полутонкие срезы) и контрастировали по Рейнольдсу (ультратонкие срезы).

Свойства бензодиазепиновых рецепторов синаптосом изучали методом радиолигандного анализа связывания 3Н-флунитрозепама. Связанные лиганды подвергали радиоактивному анализу в сцинтилляционном счетчике. Максимальное число мест связывания и константу диссоциации рассчитывали в координатах Скэтчарда методом анализа кривых. Статистическую обработку проводили с использованием программы  Statistica 6.0.

Первичные контакты формирующихся нейронов коры большого мозга человека представлены зонами слипания, первичными десмосомовидными контактами на 6-8 неделе гестации. В этот период в коре наблюдается миграция нейробластов и юных нейронов по клеткам радиальной глии. Между нейробластами устанавливаются контакты в виде двух вариантов расположения электронноплотного материала: равномерное утолщения контактирующих мембран и утолщения с неровным контуром. Первый вариант расположения материала подразумевал симметричность мембран и равномерную ширину формирующейся синаптической щели (Рис. 1), при втором варианте синаптическая щель имеет места сближения мембран и их расхождения. Формирующиеся синапсы обнаружены на мембранах тела клеток (сома-соматические), а также между отростками нейробластов, как дендритов, так и аксонов.

Рис. 1 – Контакт авезикулярного типа с равномерно утолщенными мембранами. Основная группа, плод 10-11 недель, ув. 160 000

 

Установлено наличие формирующихся щелевидных контактов на стадиях гестации 9-11 недель. Утолщенные мембраны соседних нейробластов и юных нейронов в области контакта имели электронноплотный материал, образующий щелевидный просвет, отличающийся от десмосомовидных контактов. Указанные контакты выявлялись между телами соседних клеток и между отростками.

При изучении сроков гестации 9-11 недель вышеописанные контакты выявлялись реже, однако значительно возрастало число соединений с наличием округлых синаптических везикул. Их диаметр составлял около 40 нм, они имели светлый центр. Сформированные незрелые синаптические щели имели протяженность около 20 нм, а участки постсинаптических уплотнений достигали 0,12 – 0,15 мкм. Отдельные синаптические соединения имели все структурные компоненты зрелого синапса: пресинаптическую терминаль, синаптическую щель и постсинаптическую мембрану с элементами постсинаптических плотных проекций. Такие синапсы присутствовали чаще всего в промежуточном слое формирующейся коры эмбрионального мозга (Рис. 2).

Рис. 2 – Формирующийся синапс в промежуточном слое коры головного мозга. Основная группа, плод 12 недель, ув. 40 000

 

Более поздние (11-12 недель) стадии развития характеризовались возрастанием численной плотности везикулярных синаптических контактов и усложнением их структуры, однако характерным отличием их структуры являлось значительно меньшее число синаптических везикул в пресинаптических терминалях по сравнению с зрелой тканью мозга.

Отмечено замедление формирования всех описанных видов контактов в развивающемся мозге эмбрионов и плодов от женщин, страдающих алкоголизмом. Их характеризовало меньшее количество самих контактов, сниженное число синаптических везикул и общая структурная незрелость.

При анализе свойств бензодиазепиновых рецепторов синаптосомальных мембран показана их вариабельность при различных сроках гестации. На ранних стадиях (7-9 недель) константа диссоциации синаптосом материала мозга от женщин, страдающих алкоголизмом, характеризовалась значениями 1,4±06 нМ, с увеличением срока до 11 недель значения несколько возрастали и достигали 1,8±0,05 нМ. Значительный рост показателей наблюдался в сроки гестации 11-13 недель – 2,0±0,06 нМ, а на 14 неделе – 2,2±0,08 нМ, что характеризует снижение аффинности рецепторов на 13 неделе и достижение уровня аффинитета рецепторов взрослого мозга.

С увеличение срока гестации наблюдалось возрастание числа мест связывания лиганда, что, вероятно, объясняется трансформацией синаптосомальных мембран в результате фосфорилирования, гликирования основных мембранных белков в процессе развития и дифференцировки.

Свойства рецепторов синаптосомальных мембран анализируемого материала мозга от больных алкоголизмом женщин имели значительные отличия аффинитета. На этом материале показано повышение значений константы диссоциации, означающее снижение аффинитета синаптосомальных рецепторов к лиганду, и рост числа мест связывания.

В заключение следует отметить, что пренатальная алкогольная интоксикация вызывает в растущем мозге эмбрионов и плодов задержку синаптогенеза, выявляемую как незрелость структурных компонентов синаптических мембран, замедленное формирование везикулярных контактов. Кроме структурной компоненты влияния, выявлено, что алкоголизация материнского организма, приводя к снижению аффинитета синаптосомальных бензодиазепиновых рецепторов, вызывает нарушение нейромедиаторных процессов мозга, особенно на стадиях развития до 12-13 недель.

Конфликт интересов Не указан.

Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Рыжавский Б.Я. Развитие головного мозга: отдаленные последствия влияния некомфортных условий. Хабаровск, 2002: 162.
2. Семченко В.В. Постаноксическая энцефалопатия / В.В. Семченко, С.С. Степанов, Г.В. Алексеева. // Омск, 1999: 448.
3. Ковецкий Н.C. Нарушения развития головного мозга плодов, полученных от матерей, употреблявших алкоголь в период беременности / Н.C. Ковецкий, А.В. Солонский, Т.Л. Моисеева // Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 1995; 3: 58–63.
4. Solonski A.V. Development of brain vessels in human embryos and fetuses in conditions of prenatal exposure to alcohol // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2008; 38 (4): 373–376.
5. Власюк В.В. Родовая травма и перинатальные нарушения мозгового кровообращения // СПб., 2009: 252.
6. Пальцев М.А. Молекулярная медицина и прогресс фундаментальных наук. Вестник РАН. 2002; 72 (1): 13–21.
7. Солонский А.В. Нейроморфологические аспекты развития коры большого мозга человека в условиях пренатальной алкоголизации и гипоксии / А.В. Солонский, А.С. Кудренко, В.Я. Семке и др. // Сибирский вестник психиатрии и наркологии. 2013; 1 (76): 70–74.
8. Солонский А.В. Структурно-функциональные особенности мембран клеток крови и мозга при алкогольной интоксикации / А.В. Солонский, В.Д. Прокопьева, Н.А. Бохан // Сибирский вестник психиатрии и наркологии. 2006; 3 (42): 36–39.
9. Boschen K.E. Neurotrophins in the brain: interaction with alcohol exposure during development / K.E. Boschen, A.Y. Klintsova // Vitam Horn. 2017;104:197-242.
10. Seleverstov O. Maternal alcohol exposure mid-pregnancy dilates fetal cerebral arteries via endocannabinoid receptors / O. Seleverstov, A. Tobiasz, Jackson J.S. and others / Alcohol. 2017 Jun; 61:51-61.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Ryzhavsky B.Ya. Razvitie golovnogo mozga: otdalennyie posledstviya vliyaniya nekomfortnyih usloviy [Brain development: distant consequences of influence of uncomfortable conditions]. Khabarovsk, 2002: 162. [in Russian]
2. Semchenko V.V. Postanoksicheskaya entsefalopatiya [Postanoxic encephalopathy] / Semchenko V.V., Stepanov S.S., Alekseeva G.V. // Omsk, 1999: 448. [in Russian]
3. Kovetsky N.S. Narusheniya razvitiya golovnogo mozga plodov, poluchennyih ot materey, upotreblyavshih alkogol v period beremennosti [Disturbances of development of brains of fetuses obtained from mothers using alcohol in period of pregnancy] / Kovetsky N.S., Solonsky A.V., Moiseeva T.L. // Zhurnal nevrologii i psihiatrii im. S.S. Korsakova [S.S. Korsakov Journal of Neurology and Psychiatry]. 1995; 3: 58–63. [in Russian]
4. Solonski A.V. Development of brain vessels in human embryos and fetuses in conditions of prenatal exposure to alcohol // Neuroscience and Behavioral Physiology. 2008; 38 (4): 373–376.
5. Vlasyuk V.V. Rodovaya travma i perinatalnyie narusheniya mozgovogo krovoobrascheniya [Birth trauma and perinatal disturbances of cerebral circulation]. Sankt-Peterburg, 2009: 252. [in Russian]
6. Paltsev M.A. Molekulyarnaya meditsina i progress fundamen-talnyih nauk [Molecular medicine and progress of fundamental sciences] // Vestnik RAN [Bulletin of RAS]. 2002; 72 (1): 13–21. [in Russian]
7. Solonsky A.V. Neyromorfologicheskie aspektyi razvitiya koryi bolshogo mozga cheloveka v usloviyah prenatalnoy alkogolizatsii i gipoksii [Neuromorphological aspects of development of human cerebral cortex exposed to prenatal alcoholization and hypoxia] / A.V. Solonsky, A.S. Kudrenko, V.Ya.Semke and others // Sibirskiy vestnik psihiatrii i narkologii [Siberian Herald of Psychiatry and Addiction Psychiatry]. 2013; 1 (76): 70–74. [in Russian]
8. Solonsky A.V. Strukturno-funktsionalnyie osobennosti membran kletok krovi i mozga pri alkogolnoy intoksikatsii [Structural-functional peculiarities of 32 membranes of cells of blood and brain in alcohol intoxication] / A.V. Solonsky, V.D. Prokopieva, N.A. Bokhan // Sibirskiy vestnik psihiatrii i narkologii [Siberian Herald of Psychiatry and Addiction Psychiatry]. 2006; 3 (42): 36–39. [in Russian]
9. Boschen K.E. Neurotrophins in the brain: interaction with alcohol exposure during development / K.E. Boschen, A.Y. Klintsova // Vitam Horn. 2017;104:197-242.
10. Seleverstov O. Maternal alcohol exposure mid-pregnancy dilates fetal cerebral arteries via endocannabinoid receptors / O. Seleverstov, A. Tobiasz, Jackson J.S. and others / Alcohol. 2017 Jun; 61:51-61.