Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по биологии
На правах рукописи
Востриков Виктор Михайлович
ОЛИГОДЕНДРОГЛИЯ В МОЗГЕ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ШИЗОФРЕНИИ И АФФЕКТИВНЫХ РАССТРОЙСТВАХ
03.00.25 - гистология, цитология, клеточная биология
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук
Москва - 2008 г.
Работа выполнена в лаборатории клинической нейроморфологии ГУ Научный центр психического здоровья Российской академии медицинских наук
Научный консультант:
доктор медицинских наук, Уранова Наталия Александровна
Официальные оппоненты:
член-корр. РАМН, профессор, доктор медицинских наук Боголепова Ирина Николаевна профессор, доктор медицинских наук Дубовая Татьяна Клеониковна профессор, доктор медицинских наук Гусев Сергей Андреевич
Ведущая организация: ГУ Научно-исследовательский институт морфологии человека РАМН
Защита состоится 2008 г. в часов на заседании специализированного совета Д 212.203.08 при ГОУ ВПО Российский университет дружбы народов по адресу: 117198 ГСП, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского университета дружбы народов.
по адресу: 117198 ГСП, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д.
Автореферат разослан _________________________2008 г.
Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук Саврова Ольга Борисовна 1.
Общая характеристика работы
Актуальность исследования. Проблема шизофрении и аффективных расстройств является одной из важнейших в современной психиатрии. Широкая распространенность, высокий уровень хронической инвалидизации и большая социально-экономическая значимость ставит эти болезни в ряд наиболее важных проблем здравоохранения.
Несмотря на значительный успех нейронаук на пути познания биологических основ психических болезней, многие звенья патогенеза шизофрении и аффективных расстройств остаются невыясненными. Отсюда вытекает наиболее актуальный вопрос шизофрении и аффективных расстройств - необходимость расшифровки главных механизмов, обусловливающих генез этих заболеваний.
В течение длительного времени внимание отечественных нейроморфологов было сосредоточено главным образом на изучении головного мозга при шизофрении.
Однако микроскопическая картина головного мозга при этом заболевании описывалась ими как стертая, малохарактерная. П.Е. Снесарев (1939) и его последователи (Александровская М.М., 1939, Белецкий В.К, 1939, Смирнов Л.И., 1955, Авцын А.П., 1960) охарактеризовали морфологические изменения в коре головного мозга при шизофрении как органическое повреждение дистрофического характера, сопровождающееся очаговой гибелью нейронов.
Немало внимания в нейроморфологии психических заболеваний отечественные исследователи уделяли глиальным клеткам. При этом исследования касались в основном астроглии и микроглии, а сниженная реактивность этих клеток была возведена на уровень диагностических критериев шизофрении (Александровская М.М., 1939, Белецкий В.К., 1939). Что же касается третьего вида глиальных клеток - олигодендроцитов, то они оказались наименее изученными. Оценивая работы, посвященные изучению олигодендроцитов при шизофрении (Сухорукова Л.И., 1965, 1966, Глезер И.И., Сухорукова Л.И., 1966), следует признать, что они единичны, выполнены без применения современных морфометрических методов, и это лишает их требуемой в настоящее время доказательности.
Ситуация в психиатрической нейроморфологии существенно изменилась в конце прошлого века, когда резко повысился интерес к морфологическим исследованиям головного мозга при шизофрении и аффективных психозах. Это было связано с появлением и широким внедрением в научные изыскания неинвазивных методов прижизненного изучения структур головного мозга. При помощи методов рентгеновской компьютерной томографии, магнитно-резонансной томографии и диффузионной тензорной томографии в головном мозге были выявлены сходные изменения при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии - расширение боковых желудочков (Weinberger D.R. et al., 1983, DeLisi L.E. et al., 1992), атрофия серого и белого вещества коры (Shenton M.E. et al., 2001, Beyer J.L. and Krishnan K.R., 2002) и нарушения микроструктурной организации миелинизированных волокон в ассоциативных пучках белого вещества (Kubicki M. et al., 2007, Adler C.M. et al., 2004, Alexopoulos G.S. et al., 2002). Указанные выше нарушения были обнаружены главным образом в префронтальных областях головного мозга. В этих же областях коры головного мозга при шизофрении и аффективных расстройствах были обнаружены уменьшение скорости кровотока (Lesser I.M. et al., 1994, Liotti M. et al., 2002), уменьшение скорости утилизации глюкозы (Potkin S.G. et al., 2002) и снижение концентрации N-ацетиласпартата - важного энергетического метаболита нейронов (Sigmundsson T. et al., 2003).
Нейропсихологические исследования также показали, что снижение познавательных (когнитивных) способностей у больных шизофренией связано нарушениями преимущественно в префронтальной области коры (Crawford J.R. et al., 1993, Aleman A. et al., 1999). На этом основании была выдвинута гипотеза о том, что когнитивные расстройства играют ключевую роль в патогенезе шизофрении (Кабанов С.О. и Мосолов С.Н., 2003, Matza L.S. et al., 2006).
Большое значение имело введение в нейроанатомические исследования методов объективной стереологической морфометрии, которые позволили показать сходство морфологических изменений в головном мозгу при шизофрении и аффективных расстройствах и преимущественную локализацию их в префронтальной коре. В различных полях префронтальной коры при этих заболеваниях было выявлено уменьшение размеров пирамидных нейронов (Rajkowska G. et al., 1998, 2000, Chana G. et al., 2003). Однако некоторые исследователи обнаружили в этих участках коры при шизофрении уменьшение объема серого вещества и увеличение численной плотности нейронов без увеличения их числа (Selemon L.D. et al., 1995).
Морфологические исследования аутопсийного мозга, выполненные с применением стереологических морфометрических методов, представили также некоторые обнадеживающие доказательства вовлеченности глиальных клеток в патогенез шизофрении и аффективных расстройств. Большинство исследователей обнаружило снижение численной плотности глиальных клеток в единице объема ткани префронтальной коры при шизофрении и аффективных расстройствах (Cotter D.R. et al., 2001, 2002, Ongur D. et al., 1998, Rajkowska G. et al., 1999, 2000). Однако Selemon L.D. et al. (1995, 2003) не подтвердили эти наблюдения. Следует подчеркнуть, что авторы перечисленных работ производили подсчет численной плотности всех глиальных клеток совокупно, без учета существования трех типов этих клеток - астроцитов, олигодендроцитов и микроглиальных клеток. Также следует отметить, что морфологических работ, посвященных изучению различных типов глиальных клеток при шизофрении и аффективных расстройствах, очень мало и лишь отдельные из них выполнены с использованием современных стереологических методов (Pakkenberg B., 1990).
Первые данные в отношении состояния олигодендроцитов в головном мозге при шизофрении и маниакально-депрессивном психозе были получены при электронномикроскопическом исследовании (Сухорукова Л.И., 1965, Уранова Н.А., 1995). В префронтальной коре авторами были выявлены дистрофические и деструктивные изменения олигодендроцитов и миелиновых волокон при относительной сохранности нейронов и астроцитов.
Актуальность изучения олигодендроцитов в норме и при психической патологии определяется их многосторонним влиянием на функцию нейронов, аксонов и капилляров. Известно, что олигодендроциты в сером веществе коры головного мозга тесно прилежат к телам нейронов, являясь перинейрональными сателлитами (Снесарев П.Е., 1950, Peters A. et al., 1976). В белом веществе они формируют миелиновые оболочки аксонов. Кроме того, олигодендроциты в сером и белом веществе являются спутниками кровеносных капилляров, располагаясь в виде цепочек вдоль последних (Снесарев П.Е., 1950, Ambrosi G. et al., 1995, Peters A., 1996). Установлено, что эти клетки осуществляют трофическую поддержку нейронов, принимают участие в обеспечении пластических процессов в центральной нервной системе (Манина А.А., 1971, Dai X. et al., 2003, Wilkins A. et al., 2003). В последнее время была выдвинута гипотеза о важной роли этих клеток и в обеспечение высшей нервной деятельности у человека и животных (Ройтбак А.И., 1993, Боголепова И.Н. и соавт., 1994, Оржеховская Н.С., 1996).
Несмотря на важную роль олигодендроцитов в обеспечении высших корковых функций, их систематическое изучение морфологическими методами при шизофрении и аффективных расстройствах не проводилось, и их роль в патогенезе этих заболеваний в настоящее время остается неясной.
Исходя из этого, очевидно, что изучение состояния олигодендроцитов при шизофрении и аффективных расстройствах является актуальной задачей в выяснении патогенеза этих заболеваний. При этом принципиально важным является изучение не только общей популяции олигодендроцитов, но трех ее субпопуляций - перинейрональной, интерфасцикулярной и перикапиллярной. Данный подход позволит выявить на морфологическом уровне состояние взаимоотношений олигодендроцитов с нейронами, аксонами и капиллярами в головном мозгу при шизофрении и аффективных расстройствах. Важным и актуальным направлением является изучение морфологических показателей олигодендроцитов при шизофрении в связи с клиническими особенностями заболевания.
Цель исследования. Выявление по морфологическим критериям (стереологическая морфометрия и электронная микроскопия) особенностей состояния олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении, маниакальнодепрессивном психозе и депрессии, с учетом морфо-функциональных связей олигодендроцитов с телом нейронов, миелинизированными аксонами и капиллярами и анализ морфологических изменений олигодендроцитов в связи с клиническими особенностями заболевания.
Задачи исследования.
1. Исследовать численную плотность олигодендроцитов в поле префронтальной коры (в слое VI и подлежащем белом веществе) при шизофрении по сравнению с контролем.
2. Провести исследование численной плотности олигодендроцитов в поле префронтальной коры (в слое VI и подлежащем белом веществе) при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии по сравнению с контролем.
3. Провести исследование площади пирамидных нейронов и числа перинейрональных олигодендроцитов в поле 9 префронтальной коры (в слое III) при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии по сравнению с контролем.
4. Определить численную плотность перикапиллярных олигодендроцитов в поле 10 префронтальной коры (в слое V) при шизофрении по сравнению с контролем.
5. Проанализировать ультраструктурные особенности перинейрональных, перикапиллярных и интерфасцикулярных олигодендроцитов в поле префронтальной коры в случаях шизофрении по сравнению с контролем.
6. Проанализировать морфометрические показатели олигодендроцитов в поле префронтальной коры (в слое VI и подлежащем белом веществе) при шизофрении в аспекте преобладания позитивных и негативных симптомов по сравнению с контролем.
Научная новизна. Разработаны и применены алгоритмы стереологического морфометрического исследования численной плотности олигодендроцитов, в том числе перинейрональных и перикапиллярных олигодендроцитов, которые позволили количественно оценить изменения глио-нейрональных и глио-капиллярных взаимоотношений в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах.
Впервые морфометрическими методами определены точные количественные показатели дефицита олигодендроцитов в сером и белом веществе префронтальной коры мозга человека при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии по сравнению с контролем. При этом наиболее выраженное и достоверное снижение численной плотности олигодендроцитов в среднем на 24% выявлено в сером веществе, в то время как в подлежащем белом веществе снижение было менее выраженным, в среднем на 7,5%, и только в поле 10 оно достигало уровня статистической значимости.
Установлено снижение численности перинейрональных олигодендроцитов в слое III поля 9 префронтальной коры при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии, что свидетельствует о нарушении взаимоотношений между олигодендроцитами и нейронами.
Представлены доказательства дефицита перикапиллярных олигодендроцитов в слое V поля 10 при шизофрении.
Показано, что наиболее выраженное снижение численной плотности олигодендроцитов серого вещества коры, интерфасцикулярных олигодендроцитов в подлежащем белом веществе и перикапиллярных олигодендроцитов было в подгруппе больных с преобладанием негативных симптомов. Это свидетельствует о том, что структурные нарушения олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении, могут иметь отношение к формированию негативных симптомов болезни.
Установлено, что существующая в норме положительная корреляция между численной плотностью олигодендроцитов и возрастом отсутствует при шизофрении, что может быть связано, как с гибелью олигодендроцитов, так и со сниженной пролиферативной активностью их предшественников при этом заболевании.
Выдвинута гипотеза о том, что наиболее вероятной причиной дефицита олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении являются их деструктивные изменения и гибель по механизму апоптоза.
Получены новые научные результаты теоретического характера, свидетельствующие о значимой роли олигодендроцитов в патогенезе шизофрении, маниакально-депрессивного психоза и депрессии.
Отличие полученных новых научных результатов от результатов, полученных другими авторами. Об изменениях олигодендроцитов в коре головного мозга при шизофрении сообщалось и ранее (Сухорукова Л.И., 1965, 1966, Глезер И.И., Сухорукова Л.И., 1966). Авторы охарактеризовали эти изменения как дистрофические. Однако при исследовании олигодендроцитов они не применяли стереологические морфометрические методы. Работ, посвященных изучению олигодендроцитов при маниакально-депрессивном психозе и депрессии, нет. В отличие от указанных работ, нами было впервые проведено стереологическое морфометрическое исследование численной плотности олигодендроцитов в мозге человека. Применение этого метода позволило выявить наличие дефицита олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении, маниакальнодепрессивном психозе и депрессии.
Практическая значимость. Полученные данные о выраженных изменениях олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах могут служить основой для дальнейшей разработки существующих патогенетических гипотез этих заболеваний, что в свою очередь связано с возможностью разработки новых подходов к лечению основных психических заболеваний.
Полученные сведения о связи дефицита олигодендроцитов в префронтальной коре с выраженностью негативных симптомов в клинической картине шизофрении могут служить предпосылкой для разработки новых подходов к исследованию природы этих нарушений.
Статьи, опубликованные по теме диссертации, в определенной степени способствовали активизации исследований олигодендроцитов в аутопсийном мозге при шизофрении и аффективных расстройствах методами протеомики и ДНКмикрочипов и исследований миелиновых трактов белого вещества методами нейровизуализации.
Разработанный алгоритм морфометрического стереологического исследования глио-нейрональных, глио-аксональных и глио-капиллярных взаимоотношений может быть применен при изучении пластичности нервной ткани во всевозможных экспериментальных и клинико-анатомических исследованиях мозга.
Достоверность выводов. Выводы основаны на применении современных стереологических морфометрических методов исследования, на достаточном объеме и тщательном подборе случаев контрольной и диагностических групп по полу, возрасту, длительности посмертного интервала, времени хранения ткани мозга в формалине и на результатах обработки полученных данных адекватными и современными статистическими методами. Одинаковые параметры численной плотности олигодендроцитов были получены при исследовании двух коллекций аутопсийного мозга - коллекции НЦПЗ РАМН и коллекции медицинского научноисследовательского института Стенли (США), что существенно повышает достоверность результатов и выводов.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Шизофрения и аффективные расстройства характеризуются выраженным снижением численной плотности олигодендроцитов в префронтальной коре.
2. Существование дефицита олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии является свидетельством патогенетической общности этих заболеваний.
3. Олигодендроциты являются наиболее измененным типом клеток в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах. Потеря олигодендроцитов происходит в результате их деструктивных изменений и гибели по механизму апоптоза.
4. Дефицит олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении наиболее выражен в случаях с преобладанием негативных симптомов.
5. Существующая в контрольных случаях положительная корреляция численной плотности олигодендроцитов с возрастом, отсутствует при шизофрении и аффективных расстройствах 6. Дефицит перинейрональных, интерфасцикулярных и перикапиллярных олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах отражает нарушение их взаимоотношений с нейронами, миелинизированными аксонами и капиллярами.
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены и обсуждены на отечественных и международных конференциях, симпозиумах и конгрессах, в том числе на ХIII съезде психиатров России, (Москва, 2000), на конференции по биологической психиатрии, посвященной памяти М.Е. Вартаняна, (Москва, 2000), на X и XI зимних рабочих совещаниях по шизофрении, (Давос, Швейцария, 2000, 2002), на VI Европейской конференции Функция глиальных клеток в норме и патологии, (Берлин, Германия, 2003), на Всероссийской конференции с международным участием Современные проблемы биологической психиатрии и наркологии, (Томск, 2003), на VIII Всемирном конгрессе по биологической психиатрии, (Вена, Австрия, 2005), на конференции Прогресс в биологической психиатрии посвященной памяти М.Е. Вартаняна, (Москва, 2007), на Российской конференции Взаимодействие науки и практики в современной психиатрии, (Москва, 2007), на XX Международном конгрессе по изучению шизофрении (Колорадо-Спрингс, США, 2007).
По теме диссертации опубликована 21 печатная работа: из них 15 статей в рецензируемых отечественных и иностранных журналах, 10 работ опубликовано в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура диссертации. Диссертация изложена на 219 страницах и содержит следующие разделы: введение, обзор литературы, материал и методы исследования, результаты, обсуждение результатов, заключение, выводы, список литературы.
Диссертация иллюстрирована 42 рисунками и 14 таблицами.
2. Материал и методы исследования Для решения поставленных задач было проведено морфологическое изучение префронтальной коры головного мозга от больных шизофренией и аффективными расстройствами (маниакально-депрессивным психозом и депрессией) в сравнении контролем (лицами без психической патологии) на двух коллекциях аутопсийного мозга - коллекции лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН и коллекции медицинского научно-исследовательского института Стенли (США).
Коллекция аутопсийного мозга лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН состоит из 32 случаев шизофрении и 32 случаев без психической патологии (контроль). Диагноз психического заболевания был сформулирован по критериям МКБ-10. По данным медицинской документации внутри группы шизофрении были выделены подгруппы с преобладанием в клинической картине заболевания позитивных симптомов (n = 16) и негативных симптомов (n = 16). Суммарные дозы нейролептиков оценивали по хлорпромазиновому эквиваленту (Davis J.M., 1974). Группы контроля и шизофрении были подобраны по полу, возрасту, длительности посмертного интервала и времени фиксации ткани мозга в формалине. Посмертный интервал в большинстве контрольных и диагностических случаев был 6 часов. Среди причин смерти больных шизофренией и лиц контрольной группы преобладали инфаркт миокарда, острая сердечно-сосудистая недостаточность, тромбоэмболия легочной артерии. В группе шизофрении причиной смерти, кроме того, были пневмония и рак легкого.
Демографические и клинические характеристики основной и контрольной групп представлены в табл. 1.
Для исследования брали левое полушарие головного мозга. После аутопсии из него вырезали тканевые блоки толщиной 1 см, содержащие поле 10 префронтальной коры с подлежащим белым веществом, фиксировали в 4% параформальдегиде и заливали в парафин. Парафиновые блоки кодировали для проведения слепого исследования. Из каждого блока изготовляли непрерывную ленту срезов, состоящую из 30 парафиновых срезов толщиной 20 мк. Из этих лент методом систематического случайного отбора (Gundersen H.J.G. and Jensen E.B., 1987) отбирали 10 срезов и монтировали их на предметные стекла. Отобранные срезы окрашивали лаксолем синим и крезиловым фиолетовым. Оставшиеся срезы окрашивали гематоксилинэозином, конго-красным, по методам Ван-Гизона и Бильшовского.
Коллекция медицинского научно-исследовательского института Стенли (США) состоит из 60 случаев (15 случаев нормального контроля, 15 - шизофрении, 15 - маниакально-депрессивного психоза и 15 - депрессии). Диагноз психических заболеваний был сформулирован на основании критериев DSM-IV. Контрольные и психиатрические группы были сходными по полу, возрасту, длительности посмертного интервала и времени хранения ткани в формалине. Правое и левое полушария были представлены в равной мере во всех группах. Образцы аутопсийного мозга для каждого случая были доставлены в виде отобранной по методу систематического случайного отбора и закодированной серии из 11 неокрашенных 10 мкм парафиновых срезов, содержащих поле 9 префронтальной коры. Полученные срезы окрашивали лаксолем синим и крезиловым фиолетовым.
Таблица 1. Демографические и клинические характеристики случаев (коллекция лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН) Контроль (n = 32) Шизофрения (n = 32) Показатели Диапазон Диапазон Среднее Среднее колебаний колебаний Возраст, годы 55,9 15,2 - 81 51,4 13,9 - 26 Пол, (М/Ж) 16/16 19/13 - Длительность - Ц 24,9 10,5 - заболевания, годы Возраст больных к началу - Ц 26,7 10,6 - заболевания, годы Длительность посмертного 6,0 0,9 4 - 8 10,1 7,7 - интервала, час.
Время фиксации в 1,3 0,3 1 - 2 1,3 0,4 1 - 1,формалине, мес.
Хлорпромазиновый - Ц 80,16 67,1 0-280,эквивалент по Davis J.M - среднеквадратическое отклонение После проведения морфометрического исследования результаты морфометрических измерений по каждому случаю были отправлены в научноисследовательский институт Стенли, оттуда были получены клинические и демографические данные. Особенностью этой коллекции является то, что образцы префронтальной коры мозга из этой коллекции были предоставлены более чем 2исследователям в 20 странах (Knable M.B. et al., 2002). Все исследователи получали образцы мозга в закодированном виде и исследования выполнялись слепым методом.
Первичные результаты всех исследований, выполненных различными методами (биохимическими, генетическими, морфологическими и другими), были помещены в базу данных медицинского научно-исследовательского института Стенли, где подверглись всестороннему статистическому анализу (Knable M.B. et al., 2002). Таким образом, у нас имелась уникальная возможность сравнивать данные настоящего морфометрического исследования олигодендроцитов при шизофрении и аффективных расстройствах с результатами исследований разнообразных маркеров, полученными на одних и тех же образцах аутопсийного мозга. Демографические и клинические характеристики основной и психиатрических групп представлены в табл. 2.
Таблица 2. Демографические и клинические характеристики случаев (коллекция медицинского научно-исследовательского института Стенли) Контроль Шизофрения МДП Депрессия Показатели, среднее (диапазон колебаний) (n = 15) (n = 15) (n = 15) (n = 15) Возраст, годы 48,1 10,7 44,2 13,1 42,3 11,7 46,5 9,(29 - 68) (25 - 62) (25 - 61) (30 - 65) Пол 9М, 6Ж 9М, 6Ж 9М, 6Ж 9М, 6Ж Доза нейролептиков, - Ц 58866 61481 20826 240мг/экв (200000 - 0) (60000 - 0) Длительность - 20,6 11,6 20,9 10,2 12,7 11,заболевания, годы (5 - 45) (6 - 43) (1 - 42) Возраст больных к - 23,2 7,9 21,5 8,3 33,9 13,началу заболевания, (13 - 42) (7 - 39) (11 - 54) годы Посмертный интервал, 23,7 9,9 33,7 14,6 32,5 16,1 27,5 10,часы (8 - 2) (12 - 61) (13 - 62) (7 - 47) Полушарие 7П, 8Л 6П, 9Л 8П, 7Л 6П, 9Л Время хранения в 4,4 3,8 11,2 8,4 9,6 3,6 8,4 6,формалине, месяцы (1 - 13) (3 - 31) (2 - 16) (1 - 19) МДП - маниакально-депрессивный психоз, М - мужчины, Ж - женщины, П - правое, Л - левое, - среднеквадратическое отклонение.
Подсчет численной плотности олигодендроцитов. Срезы изучали в световом микроскопе Reichert Polyvar (Австрия) с иммерсионным объективом 100 х (N.A. = 1.40). Поля 9 и 10 префронтальной коры и их слои идентифицировали по цитоархитектоническим критериям, описанным С.А. Саркисовым и соавт. (1949).
Олигодендроциты идентифицировали по их маленькому округлому или овальному ядру (5-7 мкм в диаметре) с компактным хроматином и по узкому ободку светлой цитоплазмы. Изображение из микроскопа при помощи видеокамеры передавалось на видеомонитор персонального компьютера. Обработку полученного изображения проводили на экране видеомонитора при помощи программы Image Expert, (FEI Company). Для измерения перемещения объектива относительно оси Z на корпусе микроскопа был укреплен механический микрокатор ИГП (Россия). Численную плотность (Nv) олигодендроцитов в единице объема ткани определяли методом оптического диссектора (Gundersen H.J.G et al., 1998). Метод основан на получении серии тонких параллельных лоптических срезов внутри толстого среза путем перемещения плоскости фокуса изображения вдоль оси Z с одинаковым шагом 0,мкм (рис. 1).
Z Рис. 1. Схематическая иллюстрация получения оптических срезов методом оптического диссектора.
Толщину оптического среза, которая равна расстоянию между шагами, измеряли при помощи микрокатора. Изображение оптического среза выводили на экран монитора, и на это изображение накладывали тестовую рамку, в которой подсчитывали число олигодендроцитов. Сумма всех оптических срезов и является оптическим диссектором, который можно представить в виде параллелелепипеда.
Численную плотность олигодендроцитов подсчитывали по формуле:
Nv = Q/V, где Q - среднее число клеток на диссектор и V - объем (дисс) (дисс) диссектора. Объем диссектора V = А h где А - площадь тестовой рамки и h - толщина оптического диссектора.
В данной работе использовали тестовую рамку размером 0,05 мм х 0,065 мм = 0,00325 мм2, толщина одного оптического среза составляла 0,75 мкм. Всего получали 9 оптических срезов на диссектор, таким образом, его толщина была 6,75 мкм, а толщина срезов выше и ниже диссектора, в которых подсчет клеток не проводился, была 0,5 мкм. Тестовую рамку накладывали на изображение слоя VI (или подлежащего белого вещества) случайным образом, и затем проводили подсчет олигодендроцитов внутри оптического диссектора, после чего тестовую рамку перемещали с равным интервалом (3 рамки) вдоль слоя VI (или подлежащего белого вещества). Число клеток подсчитывали в 10 оптических диссекторах на одном срезе.
Таким образом, подсчет был проведен в 100 диссекторах для слоя VI и в 1диссекторах для подлежащего белого вещества для каждого случая. Для коллекции лаборатории клинической нейроморфологии НЦПЗ РАМН число подсчитанных диссекторов в каждой группе составило 32 000 + 32 000 = 64 000. Общее число подсчитанных диссекторов 128 000. Для коллекции медицинского научноисследовательского института Стенли число подсчитанных диссекторов в каждой группе составило 15 000 + 15 000 = 30 000. Общее число подсчитанных диссекторов 120 000. Nv олигодендроглиоцитов выражали как число клеток в 0,001 мм3.
Измерение площади нейронов и числа перинейрональных олигодендроцитов. Срезы исследовали в световом микроскопе Reichert Polyvar (Австрия) c иммерсионным объективом 100 х (N.A.= 1.40). Для измерения площади нейронов и числа перинейрональных олигодендроцитов систематическим случайным способом отбирали 10 пирамидных нейронов с ясно видимым ядрышком в каждом из трех подслоев слоя III, и заносили в память компьютера в виде файлов изображения.
Для каждого случая такую выборку осуществляли на 10 препаратах. Таким образом, число нейронов, выбранных для каждого случая, составило 300, для группы 4 500, общее число отобранных нейронов составило 18 000. В выбранных изображениях измеряли площадь тела нейрона и подсчитывали число прилежащих к этому нейрону олигодендроцитов. Учитывали только те олигодендроциты, которые находились на расстоянии меньше 5 мкм от нейрона. Расстояние 5 мкм было выбрано в силу того что, что средний диаметр ядра олигодендроцита составляет 5 мкм, цитоплазма его очень тонкая, слабо видимая при окраске по Нисслю, и поэтому ядро практически прилежит к телу нейрона. Для измерения площади тела нейрона тональное серое изображение преобразовывали в бинарное, черно-белое. Площадь нейрона измеряли с помощью алгоритма перевода пикселей в квадратные микроны. Число перинейрональных олигодендроцитов выражали как число клеток на нейрон.
Подсчет численной плотности перикапиллярных олигодендроцитов.
Измерение численной плотности перикапиллярных олигодендроцитов проводили при помощи светового микроскопа Reichert Polyvar (Австрия) с объективом 25/0,45. В каждом срезе в слое V отбирали 10 прямолинейных сегментов капилляров путем систематического случайного отбора. Таким способом из каждого случая было отобрано 100 прямолинейных сегментов капилляров, итого 3 200 сегментов на группу. Общее число отобранных сегментов капилляров составило 6 400. Измеряли длину каждого сегмента, подсчитывали число олигодендроцитов вдоль сегмента, и численную плотность перикапиллярных олигодендроцитов выражали как число клеток на 0,01 мм длины капилляра.
Электронно-микроскопическое исследование. Для электронномикроскопического исследования маленькие кусочки ткани мозга размером 1 3 2 мм, взятые перпендикулярно поверхности коры, фиксировали в смеси 2,5% раствора глютаральдегида и 4% раствора параформальдегида на 0,1М фосфатном буфере. Из них вырезали более мелкие кусочки, содержащие все корковые слои, отмывали в фосфатном буфере и дополнительно фиксировали в 1% растворе тетраоксида осмия, обезвоживали в этиловых спиртах восходящей концентрации и заливали в эпоксидную смолу аралдит. Срезы были получены на ультрамикротоме Ultracut-E (Reichert, Австрия). Полутонкие (1мкм) срезы окрашивали толуидиновым синим и просматривали в световом микроскопе для ориентации в слоях коры.
Ультратонкие срезы докрашивали уранилацетатом и цитратом свинца и изучали в электронном микроскопе EM 420 (Philips, Голландия).
Статистический анализ проводили с использованием пакета прикладных программ STATISTICA 6,0 (StatSoft.Inc, Tusla OK, США). Поскольку значения исследуемых показателей (Nv олигодендроцитов, площадь нейронов, число перинейрональных олигодендроцитов и число перикапиллярных олигодендроцитов) в каждой из групп имели нормальное распределение и равные дисперсии, применяли параметрические методы. Были использованы следующие виды анализа: 1) для оценки величины различий исследуемых параметров между группами вычисляли доверительный интервал - ДИ (при уровне значимости 0,05) для средних показателей в группах и для разности этих средних между группами; 2) для определения влияния факторов диагноза, пола, полушария на исследуемые параметры проводили однофакторный дисперсионный анализ (ANOVA); 3) для выявления возможного совместного влияния факторов диагноза, пола и полушария на исследуемые параметры осуществляли многофакторный дисперсионный анализ (MANOVA); 4) дополнительно, для выявления влияния указанных факторов, с учетом влияния непрерывных переменных УковариатФ (возраста, посмертного интервала, времени фиксации в формалине), применяли многофакторный дисперсионный ковариационный анализ (MANCOVA); 5) для выявления связи между исследуемыми параметрами, с одной стороны, и возрастом, длительностью заболевания, дозой нейролептиков, посмертного интервала, времени фиксации в формалине, с другой стороны, проводили корреляционный анализ Пирсона.
3. Результаты и обсуждение Дефицит олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах.
Применение в настоящей работе стереологического метода оптического диссектора позволило получить убедительные морфометрические доказательства дефицита олигодендроцитов в сером и белом веществе префронтальной коры при шизофрении и аффективных расстройствах (маниакально-депрессивном психозе и депрессии).
Результаты исследования представлены в таблицах 3 и 4.
При шизофрении достоверное снижение Nv олигодендроцитов в слое VI выявлено на двух коллекциях аутопсийного мозга. В поле 9 уменьшение составило 23,5%, в поле 10 - 25% (рис. 2 и 3). Обращает на себя внимание одинаковая степень уменьшения численной плотности олигодендроцитов, выявленная на двух разных коллекциях.
Достоверное снижение Nv олигодендроцитов выявлено также в подлежащем белом веществе этих полей префронтальной коры. В поле 10 снижение составило 12%, и было статистически значимым. В поле 9 уменьшение Nv олигодендроцитов составило 6%, но оно не достигало уровня статистической значимости (рис. 2 и 3).
Таблица 3. Значения численной плотности олигодендроцитов в слое VI и подлежащем белом веществе поля 9 префронтальной коры в контроле, в группах шизофрении, маниакально-депрессивного психоза, депрессии и результаты статистического анализа между диагностическими группами и контролем Поле 9, слой VI Поле 9, белое вещество Показатели Среднее ДИ p Среднее ДИ p Контроль 72,0 19,2 61,4; 82,6 372,0 53,5 342,3; 401,Шизофрения 53,9 18,1 43,8; 63,9 0,01 347,5 44,7 322,8; 372,3 0,МДП 50,9 15,9 42,1; 59,7 0,004 359,3 43,5 335,2; 383,4 0,Депрессия 58,5 18,8 48,1; 68,9 0,04 342,9 42,4 319,4; 366,4 0,МДП - маниакально-депрессивный психоз, - среднеквадратическое отклонение, ДИ - доверительный интервал, p - уровень значимости. Значения, выделенные жирным шрифтом, отражают статистически значимые различия по сравнению с контролем.
Таблица 4. Значения численной плотности олигодендроцитов в слое VI и подлежащем белом веществе поля 10 префронтальной коры в контроле и при шизофрении и результаты статистического анализа между диагностическими группами и контролем Показатели Поле 10, слой VI Поле 10, белое вещество Среднее ДИ p Среднее ДИ p Контроль 86,3 20,1 79,0; 93,5 - 387,5 53,5 368,3; 406,9 - Шизофрения 66,0 2,00 58,8; 73,2 <0,001 337,2 42,4 321,9; 352,5 <0,0Шизофрения ППС 76,8 17,6 67,4; 86,2 0.3 354,4 32,2 337,4; 371,7 0,Шизофрения ПНС 55,2 16,2 46,8; 63,9 0,005 319,9 45,2 295,8; 344,0 <0,0ППС - подгруппа с преобладанием позитивных симптомов, ПНС - подгруппа с преобладанием негативных симптомов, - среднеквадратическое отклонение, ДИ - доверительный интервал, p - уровень значимости. Значения, выделенные жирным шрифтом, отражают статистически значимые различия по сравнению с контролем.
Статистически значимое снижение Nv олигодендроцитов в слое VI поля префронтальной коры выявлено также при аффективных расстройствах. При маниакально-депрессивном психозе дефицит олигодендроцитов составил 29%, при депрессии - 18,7%. В подлежащем белом веществе снижение численной плотности олигодендроцитов было менее выраженным: при маниакально-депрессивном психозе оно составило 4%, при депрессии - 8%, и не достигало уровня статистической значимости (рис. 2).
При дисперсионном анализе (ANOVA и MANCOVA) не было выявлено влияния факторов пола, возраста, длительности заболевания, возраста начала заболевания, длительности посмертного интервала, времени хранения ткани мозга в формалине на численную плотность олигодендроцитов в сером и белом веществе полей 9 и 10. На этом основании можно считать, что уменьшение численной плотности олигодендроцитов в префронтальной коре головного мозга является признаком, характерным для шизофрении и аффективных расстройств.
Поле 9, слой VI Поле 9, белое вещество А Б p = 0,120 5p = 0,p = 0,014433220 1 2 3 4 0 1 2 3 4 Контроль Шизофрения МДП Депрессия Контроль Шизофрения МДП Депрессия Рис. 2. Индивидуальные и средние значения численной плотности олигодендроцитов в слое VI (А) и в подлежащем белом веществе (Б) поля 9 префронтальной коры в контроле, в группах шизофрении, маниакально-депрессивного психоза (МДП) и депрессии. (Горизонтальные линии - средние значения в группах).
Поле 10, слой VI А 140 Б Поле 10, белое вещество 51p<0,04p<0,01433220 1 2 0 Конт1 Контроль Шизофрения роль Шизофрения Рис. 3. Индивидуальные и средние значения численной плотности олигодендроцитов в слое VI (А) и в подлежащем белом веществе (Б) поля 10 префронтальной коры в контроле и в группе шизофрении. (Горизонтальные линии - средние значения в группах).
Nv олигодендроцитов в 0,0мм Nv олигодендроцитов в 0,0мм Nv олигодендроцитов в 0,0мм Nv олигодендроцитов в 0,0мм При исследовании аутопсийного мозга больных шизофренией и аффективными расстройствами мы принимали во внимание возможное влияние длительного приема нейролептиков на состояние олигодендроцитов. В настоящем исследовании не было обнаружено корреляционной связи между численной плотностью олигодендроцитов и дозами нейролептиков ни при шизофрении, ни при маниакально-депрессивном психозе. Таким образом, настоящее исследование свидетельствует о том, что нейролептики не влияют на численную плотность олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и маниакально-депрессивном психозе. Этот вывод подтверждается также фактом выраженного дефицита олигодендроцитов в группе больных депрессией, не лечившихся нейролептиками. Кроме того, в экспериментах на обезьянах показано, что длительное введение нейролептиков (галоперидола и оланзапина) не влияет на численную плотность олигодендроцитов в коре головного мозга (Konopaske G.T. et al., 2007). Все это позволяет нам сделать заключение, что выявленный дефицит олигодендроцитов при шизофрении и аффективных расстройствах не зависит от лечения нейролептиками, а является признаком, характерным для этих заболеваний. Причины потери олигодендроцитов при шизофрении и аффективных заболеваниях остаются, к сожалению, неизвестными. Однако сходство выявленных нами изменений олигодендроцитов при этих психических заболеваниях предполагает также наличие общих патогенетических механизмов, лежащих в основе снижения численности этих клеток.
Морфологические показатели взаимоотношений олигодендроцитов с нейронами в префронтальной коре при шизофрении, маниакальнодепрессивном психозе и депрессии.
Известно, что в сером веществе коры головного мозга олигодендроциты локализуются вокруг нейронов, являясь перинейрональными сателлитами и участвуя в трофической поддержке нейронов (Peters A. et al., 1976, Uranova N.A. et al., 2001).
Изучению этой субпопуляции олигодендроцитов нами было посвящено специальное исследование. Олигодендроглио-нейрональные взаимоотношения оценивались по двум показателям: по площади пирамидных нейронов и числу перинейрональных олигодендроцитов-сателлитов в слое III.
В настоящей работе показано снижение числа перинейрональных олигодендроцитов в слое III и во всех его подслоях в поле 9 префронтальной коры при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии по сравнению с контролем. Наиболее выраженное снижение числа перинейрональных олигодендроцитов на 43% обнаружено в группе маниакально-депрессивного психоза, в группе шизофрении снижение составляло 27%, а в группе депрессии 16% (рис. 4).
Поле 9, слой III p=0,00,Рис. 4. Индивидуальные и средние значения числа перинейрональных 0,8 p<0,0олигодендроцитов в слое III поля 0,префронтальной коры в контроле, в p<0,0группах шизофрении, маниакально0,депрессивного психоза (МДП) и 0,депрессии. (Горизонтальные линии - средние значения в группах).
0,0,0,0 1 2 3 4 Контроль Шизофрения МДП Депрессия При дисперсионном анализе (ANOVA, MANCOVA) не было выявлено влияния демографических и клинических факторов (пола, возраста больного, возраста начала заболевания, длительности заболевания, доз нейролептиков, длительности посмертного интервала, времени хранения ткани мозга в формалине) на число перинейрональных олигодендроцитов. На этом основании было сделано заключение, что уменьшение числа перинейрональных олигодендроцитов в префронтальной коре является признаком, характерным для шизофрении, маниакально-депрессивного психоза и депрессии. Однако предположение об уменьшении размера пирамидных нейронов в слое III поля 9 при этих заболеваниях в настоящей работе не подтвердилось. Таким образом, отчетливо выявлено нарушение взаимоотношений олигодендроцитов с нейронами. Со стороны тела нейронов нарушение этих взаимоотношений мы не выявили, но они, возможно, проявляются в изменениях дендритного дерева. В пользу этого предположения свидетельствуют результаты нашей совместной работы с исследователями из США (Black J.E. et al., 2004). В этой работе при использовании метода импрегнации по Гольджи обнаружено снижение Число олигодендроцитов на нейрон площади, занимаемой базальными дендритами в V слое поля 10 при шизофрении.
Уменьшение плотности дендритных шипиков пирамидных нейронов при шизофрении обнаружили также другие авторы (Garey L.J. et al., 1998, Glantz L.A. and Lewis D.A., 2000, Kalus P. et al., 2000).
Морфологические показатели взаимоотношений олигодендроцитов с капиллярами в префронтальной коре при шизофрении.
Взаимоотношения между олигодендроцитами и капиллярами оценивали по параметру численной плотности перикапиллярных олигодендроцитов в слое V поля префронтальной коры. В настоящем исследовании впервые представлены доказательства снижения численной плотности перикапиллярных олигодендроцитов в слое V поля 10 на 21% у больных шизофренией по сравнению с контролем (рис. 5).
Поскольку при дисперсионном анализе (ANOVA, MANCOVA) не было выявлено влияние факторов пола, возраста, посмертного интервала, лечения нейролептиками, времени хранения ткани мозга в формалине на изучаемый параметр, имеются все основания считать, что снижение численной плотности перикапиллярных олигодендроцитов может быть связано с шизофренией.
Таким образом, наши данные позволяют предположить, что популяция перикапиллярных олигодендроцитов вовлечена в патофизиологические процессы при шизофрении, и в частности в те, которые связаны с функционированием гематоэнцефалического барьера.
Поле 10, слой V Рис. 5. Индивидуальные и средние значения численной плотности p<0,0перикапиллярных олигодендроцитов в слое V поля 10 префронтальной коры в контроле и при шизофрении.
(Горизонтальные линии - средние значения в группах).
0 Контроль Шизофрения 1 Число олигодендроцитов на 0,мм капилляра Представленные данные полностью согласуются с результатами наших морфометрических исследований, в которых показано выраженное снижение численной плотности общей популяции олигодендроцитов в слое VI и подлежащем белом веществе поля 10 при шизофрении, а также в слое VI поля 9 при шизофрении, маниакально депрессивном психозе и депрессии. Результаты нашего морфометрического исследования, в котором было показана потеря перинейрональных олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении, также согласуются с данными о дефиците перикапиллярных олигодендроцитов при этом заболевании. Хотя мы обнаружили уменьшение числа олигодендроцитов на единицу длины капилляра, не следует исключать возможности, что снижение их числа в префронтальной коре при шизофрении может быть связано с изменениями кровеносных сосудов, в частности с уменьшением плотности капиллярной сети. О нарушениях мозговых кровеносных сосудов в префронтальной коре при шизофрении свидетельствуют результаты исследований, выполненных с помощью метода функциональной магнитно-резонансной томографии, показавших снижение скорости кровотока в этих областях (Lahti A.C. et al., 2001, 2006, Ragland J.D. et al., 2001, Schultz S.K. et al., 2002). Вместе с тем стереологические морфометрическое исследование капилляров префронтальной коры аутопсийного мозга больных шизофренией (Kreczmanski P. et al., 2005) не выявили различий в плотности капиллярной сети по сравнению с контролем.
Влияние преобладания позитивных и негативных симптомов у больных шизофренией на численную плотность олигодендроцитов.
Многочисленные клинические нейропсихологические исследования в сочетании с компьютерно-томографическими исследованиями показали, что морфофункциональные нарушения в префронтальной коре у больных шизофренией коррелируют с выраженностью негативной симптоматики (Вовин Р.Я., 1991, Sigmundsson T. et al., 2003, Lieberman J.A. et al., 2005). Полученные нами данные также указывают, что наиболее выраженное снижение численной плотности олигодендроцитов в VI слое поля 10 префронтальной коры происходит в подгруппе больных с преобладанием негативных симптомов по сравнению с контрольной группой (-36%). В подгруппе больных с преобладанием позитивных симптомов снижение составило 11%, но не достигало уровня статистической значимости (рис.
6А). В подлежащем белом веществе наиболее выраженное снижение численной плотности олигодендроцитов также было в подгруппе больных с преобладанием негативных симптомов (-17%). В подгруппе больных с преобладанием позитивных симптомов снижение было значительно меньше 8,5% (рис. 6Б).
Поле 10, белое вещество А Поле 10, слой VI Б 1514p = 0,p = 0,p<0,0p = 0,04133220Контроль 1Шизофрения-ППС Шизофрения-ПНС4 0 Контроль1Шизофрени2 3 2 я-ППС Шизофрения-ПНС Рис. 6. Индивидуальные и средние значения численной плотности олигодендроцитов в слое VI (А) и в подлежащем белом веществе (Б) поля 10 префронтальной коры в контроле и в подгруппах шизофрении с преобладанием позитивных (ППС) и негативных (ПНС) симптомов. (Горизонтальные линии - средние значения в группах).
Поле 10, слой V Рис. 7. Индивидуальные и средние p=0,значения численной плотности p<0,0перикапиллярных олигодендроцитов в слое V поля 10 префронтальной коры в контроле и в подгруппах шизофрении с преобладанием позитивных (ППС) и негативных (ПНС) симптомов. (Горизонтальные линии - средние значения в группах).
0 1 2 Контроль Шизофрения-ППС Шизофрения-ПНС Nv олигодендроцитов в 0,0мм Nv олигодендроцитов в 0,0мм Число олигодендроцитов на 0,мм капилляра Аналогичные результаты получены в отношении перикапиллярных олигодендроцитов. Статистически значимое снижение их численной плотности в слое V поля 10 было обнаружено только в подгруппе больных с преобладанием негативных симптомов (25%). В подгруппе случаев с преобладанием позитивных симптомов снижение составило 9,6%, но не было статистически значимым (рис. 7).
Взаимосвязь между численностью олигодендроцитов и возрастом в префронтальной коре в норме, при шизофрении и аффективных расстройствах.
В настоящей работе установлено, что численная плотность олигодендроцитов в префронтальной коре в контрольных случаях достоверно увеличивается с возрастом.
Положительная и статистически значимая корреляция между численной плотностью олигодендроцитов и возрастом выявлена в слое VI и в подлежащем белом веществе поля 9 (табл. 5, рис. 8А) и поля 10 (табл. 6, рис. 9А). Однако при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии такая корреляция выявлена не была (табл. 5, 6, рис. 8Б, 9Б).
Таблица. 5. Результаты корреляционного анализа между численной плотностью олигодендроцитов и клиническими и демографическими показателями в слое VI и подлежащем белом веществе поля 9 в контрольной и диагностических группах Возраст больных к Время Длительность началу Дозы Посмертный фиксации в Показатели Возраст заболевания заболевания нейролептиков интервал формалине Контроль r = 0,66 r = -0,23 r = 0,Слой VI p = 0,007 - Ц - p = 0,4 p = 0,Белое r = 0,54 r = -0,40 r = 0,вещество p = 0,04 - Ц - p = 0,1 p = 0,Шизофрения r = -0,37 r = -0,05 r = -0.52 r = 0,22 r = 0,49 r = 0,Слой VI p = 0,2 p = 0,8 p = 0,04 p = 0,4 p = 0,06 p = 0,Белое r = 0,10 r = 0,32 r = -0,24 r = 0,03 r = 0,19 r = 0,вещество p = 0,7 p = 0,2 p = 0,4 p = 0,9 p = 0,5 p = 0,МДП r = 0,19 r = 0,24 r = -0,03 r = 0,35 r = -0,26 r = 0,Слой VI p = 0,5 p = 0,4 p = 0,9 p = 0,2 p = 0,3 p = 0,Белое r = 0,51 r = 0,42 r = 0,19 r = 0,19 r = -0,20 r = -0,вещество p = 0,051 p = 0,1 p = 0,5 p = 0,5 p = 0,5 p = 0,Депрессия r = -0,03 r = -0,25 r = 0,19 r = 0,17 r = 0,Слой VI p = 0,9 p = 0,4 p = 0,5 - p = 0,5 p = 0,Белое r = 0,30 r = 0,26 r = -0,01 r = -0,03 r = 0,вещество p = 0,3 p = 0,4 p = 0,9 - p = 0,9 p = 0,r - коэффициент корреляции, р - уровень значимости. Значения, выделенные жирным шрифтом, отражают статистически значимые корреляции.
Контроль Контроль А Б Поле 9, слой VI Поле 9, белое вещество 14r = 0,54, p = 0,r = 0,66, p = 0,0414332220 30 40 50 60 70 20 30 40 50 60 70 Возраст (годы) Возраст (годы) Рис. 8. Результаты корреляционного анализа между численной плотностью олигодендроцитов и возрастом в слое VI (А) и в подлежащем белом веществе (Б) поля 9 префронтальной коры в контрольной группе.
Таблица 6. Результаты корреляционного анализа между численной плотностью олигодендроцитов и клиническими и демографическими показателями в слое VI и подлежащем белом веществе поля 10 в контрольной группе и в группе шизофрении Длительность Возраст Дозы Посмертный Время заболевания больных к нейролептиков интервал фиксации в Показатели Возраст началу формалине заболевания Контроль Слой VI r = 0,42 - Ц - r = -0,14 r = -0,p = 0,02 p = 0,4 p = 0,Белое r = 0,63 - Ц - r = -0,25 r = -0,вещество p < 0,001 p = 0,2 p = 0,Шизофрения Слой VI r = 0,03 r = -0,23 r = 0,24 r = 0,02 r = 0,06 r = 0,p = 0,9 p = 0,2 p = 0,2 p = 0,9 p = 0,7 p = 0,Белое r = 0,17 r = 0,25 r = -0,02 r = 0,9 r = -0,16 r = -0,вещество p = 0,3 p = 0,2 p = 0,9 p = 0,6 p = 0,4 p = 0,r - коэффициент корреляции, р - уровень значимости. Значения, выделенные жирным шрифтом, отражают статистически значимые корреляции.
Nv олигодендрцитов в 0,0мм Nv олигодендроцитов в 0,0мм Контроль Контроль Б А Поле 10, слойVI Поле 10, белое вещество 41r = 0,63, p < 0,0r = 0,42, p = 0,02 41433220 210 20 30 40 50 60 70 80 90 20 30 40 50 60 70 80 Возраст (годы) Возраст (годы) Рис. 9. Результаты корреляционного анализа между численной плотностью олигодендроцитов и возрастом в слое VI (А) и в подлежащем белом веществе (Б) поля 10 префронтальной коры в контрольной группе.
Численная плотность перикапиллярных олигодендроцитов в слое III поля 10 в контрольной группе также положительно коррелирует с возрастом (табл. 7, рис. 10А).
Однако при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии в префронтальной коре не было выявлено корреляций между числом олигодендроцитов и возрастом больных (табл. 7, рис. 10Б).
Таблица 7. Результаты корреляционного анализа между численной плотностью перикапиллярных олигодендроцитов в слое V поля 10 префронтальной коры и клиническими и демографическими параметрами в контрольной группе и в группе шизофрении Показатели Возраст Длительность Возраст ХПЭ Посмертный Время заболевания больных к интервал фиксации в началу формалине заболевания Контроль r = 0,47 - Ц - r = -0,01 r = -0,p = 0,006 p = 0,9 p = 0,Шизофрения r = -0,3 r = -0,33 r = -0,03 r = 0,1 r = -0,02 r = 0,p = 0,1 p = 0,06 p = 0,8 p = 0,6 p = 0,9 p = 0,r - коэффициент корреляции, р - уровень значимости, ХПЭ - хлорпромазиновый эквивалент. Значения, выделенные жирным шрифтом, отражают статистически значимые корреляции.
Nv олигодендроцитов в 0,0мм Nv олигодендроцитов в 0,0мм Контроль Шизофрения А Б Поле 10, слойV Поле 10, слойV 50 r = 0,47; p = 0,006 r = -0,3; p = 0,35 20 20 30 40 50 60 70 80 90 10 20 30 40 50 60 70 Возраст (годы) Возраст (годы) Рис. 10. Результаты корреляционного анализа между численной плотностью перикапиллярных олигодендроцитов и возрастом в слое V поля 10 префронтальной коры в контрольной группе (А) и в группе шизофрении (Б).
Итак, существующее в норме возрастное увеличение численной плотности олигодендроцитов нарушено при шизофрении и аффективных расстройствах.
Полученные результаты согласуются с данными о том, что пролиферация олигодендроцитов из стволовых клеток и последующая их дифференцировка, а также процесс миелинизации в коре головного мозга у человека в норме продолжаются до 40 лет (Yakovlev P.L. et al., 1967, Jernigan T.L. et al., 1991). Эти же особенности были подтверждены при исследовании процессов миелинизации у животных. Установлено, что в коре головного мозга высших обезьян и крыс число олигодендроцитов существенно увеличивается с возрастом (Ling E.A. and LeblondC.P., 1973, Peters A. et al., 2004). Прижизненные исследования головного мозга человека методами компьютерной томографии и изучение его после аутопсии гистологическими методами также показали, что в норме процесс миелинизации в белом веществе коры начинается после рождения и продолжается вплоть до 45 лет (Kemper T., 1994, Klingberg T. et al., 1999, Bartzokis G., 2005). Однако при шизофрении, по данным диффузионной тензорной томографии, процесс миелинизации в головном мозгу существенно замедлен (Bartzokis G. et al., 2003, Flynn S.W. et al. 2003).
Проведенный нами корреляционный анализ между численной плотностью олигодендроцитов и возрастом в контрольных и диагностических группах позволил конкретизировать существующие представления о причинах нарушения процессов миелинизации в префронтальной коре при шизофрении и аффективных Число олигодендроцитов на 0,мм капилляра Число олигодендроцитов на 0,мм капилляра расстройствах. Мы считаем, что структурной основой этих нарушений являются снижение численной плотности олигодендроцитов в сером и белом веществе коры.
Ультраструктурные изменения олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении.
При изучении контрольных случаев было установлено, что перинейрональные олигодендроциты тесно прилежат к телу нейрона, часто плазматические мембраны нейрона и олигодендроцитов находятся в непосредственной близости.
Перикапиллярные олигодендроциты примыкают к базальной мембране капилляров и располагаются вдоль стенки капилляра группами. В подлежащем белом веществе интерфасцикулярные олигодендроциты локализуются между миелинизированными нервными волокнами. Олигодендроциты имеют умеренно темную цитоплазму, которая в виде узкого ободка окружает ядро. В цитоплазме выявляется хорошо развитый гранулярный эндоплазматический ретикулум, много свободных рибосом, хорошо развитый комплекс Гольджи и немногочисленные митохондрии. Профиль ядра обычно круглый или овальный. Плотные участки гетерохроматина распределены преимущественно по периферии ядра.
При шизофрении мы обнаружили выраженные ультраструктурные повреждения перинейрональных, перикапиллярных и интерфасцикулярных олигодендроцитов на фоне относительной сохранности нейронов, астроцитов и микроглиальных клеток. В одних олигодендроцитах изменения характеризовались уменьшением числа цитоплазматических органелл, набуханием цитоплазмы и митохондрий, скоплением гранулярного электронноплотного материала, липофусциновых гранул, часто в комбинации с липидными каплями.
В других олигодендроцитах ультраструктурные изменения имели признаки апоптоза. Гибель олигодендроцитов по типу апоптоза характеризовалась агрегацией хроматина ядра на отдельные глыбки и сморщиванием цитоплазмы при относительной ультраструктурной сохранности органелл. Довольно часто рядом с поврежденными олигодендроцитами находятся микроглиальные клетки. При анализе всех клеточных элементов было замечено, что деструктивные изменения обнаруживались в основном в олигодендроцитах, в то время как другие клетки, (нейроны, астроциты и микроглиальные клетки) оставались мало измененными.
Описанные ультраструктурные нарушения олигодендроцитов выявлялись во всех случаях шизофрении независимо от возраста больных и длительности заболевания, но количество поврежденных олигодендроцитов варьировало от случая к случаю.
Обнаруженные признаки ультраструктурных повреждений перинейрональных, перикапиллярных и интерфасцикулярных олигодендроцитов не являются результатом посмертных аутолитических изменений, так как поврежденные олигодендроциты встречались среди клеток с нормальной ультраструктурой. В контрольных случаях ультраструктурные повреждения олигодендроцитов встречались весьма редко. Таким образом, результаты электронно-микроскопического исследования свидетельствуют о выраженных повреждениях ядра и цитоплазматических органелл олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах и подтверждают результаты наших морфометрических исследований.
Деструктивные изменения и снижение численности олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах могут быть морфологической основой нарушенной функции этих клеток. На нарушение функции олигодендроцитов в префронтальной коре при этих заболеваниях указывают данные о снижения экспрессии генов, ответственных за синтез липопротеидов, в этих клетках (Hakak Y. et al., 2001, Tkachev D. et al., 2003). Сопоставляя результаты настоящего исследования с результатами работ по экспрессии генов в олигодендроцитах, следует особо отметить те из них, которые выполнены на коллекции аутопсийного мозга научно-исследовательского института Стенли. В префронтальной коре при шизофрении и маниакально-депрессивном психозе было обнаружено снижение экспрессии генов, ответственных за синтез протеолипидпротеина, миелинассоциированного гликопротеина, фермента аспартоацилазы, расщепляющего Nацетиласпартат на аспартат и уксусную кислоту, которая встраивается непосредственно в липидные компоненты миелина (Tkachev D. et al., 2003, 2007, Bahn S. and Jones P.B., 2003, Aston C. et al., 2004, 2005). Таким образом, результаты настоящего исследования вместе с данными по экспрессии генов представляют убедительные доказательства нарушения функции олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах.
Роль олигодендроцитов в патогенезе шизофрении и аффективных расстройств.
Результаты настоящего исследования были о сниженной численной плотности олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах в самое последнее время получили подтверждение в работах других авторов. Так при шизофрении выявлено уменьшение численной плотности олигодендроцитов (в среднем на 25%) в сером и белом веществе поля префронтальной коры (Hof P.R. et al., 2002, 2003) и в зрительном бугре (Pakkenberg B., 1990). При депрессии снижение численной плотности олигодендроцитов обнаружено в миндалине (Hamidi M. et al., 2004).
Следует особо отметить, что наши данные согласуются с результатами исследований численной плотности общей глии выполненных на коллекции аутопсийного мозга медицинского научно-исследовательского института Стенли. В этих работах было найдено снижение численной плотности всех глиальных клеток в префронтальной коре (поле 9) и в поясной извилине (поле 24) при маниакальнодепрессивном психозе и депрессии (Cotter D.R. et al., 2001, 2002, Ongur D. et al., 1998).
Важно подчеркнуть то, что размер снижения численной плотности глиальных клеток (в среднем на 25%), обнаруженный разными авторами, в разных отделах головного мозга при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии, сходен с величиной дефицита олигодендроцитов, который был выявлен в нашем исследовании. Эти данные вместе с результатами нашего морфометрического и электронно-микроскопического исследования позволяют предположить, что патология олигодендроцитов при шизофрении и аффективных психозах не ограничена только префронтальной корой, но присутствует и в других корковых и подкорковых структурах головного мозга.
В настоящее время широко распространены представления о том, что в патогенезе шизофрении ведущую роль играют нарушения перинатальных процессов созревания и развития мозговых структур, в том числе и генетически обусловленные (Rehn and Rees, 2005). Однако прогрессирующая природа этого заболевания (Pantelis C. et al., 2005, Buckley P.F., 2005) ставит вопрос, является ли потеря олигодендроцитов при шизофрении результатом нарушенного перинатального развития, или она может быть результатом текущего патологического процесса? Мы не выявили корреляционной зависимости между численной плотностью олигодендроцитов и длительностью заболевания в случаях шизофрении и аффективных психозов. Это может свидетельствовать в пользу предположения о том, что дефицит олигодендроцитов в префронтальной коре при этих заболеваниях происходит на этапе перинатального и раннего постнатального развития. Однако мы обнаружили ультраструктурные признаки деструктивных изменений олигодендроцитов как в случаях с короткой продолжительностью заболевания, так и в случаях с большой продолжительностью заболевания. Это может свидетельствовать о постоянно происходящей в течение заболевания гибели олигодендроцитов. Следует также принять во внимание то, что весьма продолжительный процесс созревания олигодендроцитов в головном мозге взрослого человека нарушен при шизофрении.
Таким образом, дефицит олигодендроцитов может быть результатом нарушенного созревания и пролиферации этих клеток, а также гибели олигодендроцитов в периоды обострения заболевания.
Тонкие механизмы, которые выступали бы в качестве первичного звена в патогенезе шизофрении и аффективных расстройств, остаются, к сожалению, неизвестными. Неясны и причины деструктивных изменений олигодендроцитов и их гибели при шизофрении и аффективных заболеваниях. Однако сходство выявленных нами изменений олигодендроцитов при различных психических заболеваниях предполагает также наличие общих патогенетических механизмов, которые лежат в основе гибели этих клеток. Многие исследователи склоняются к мысли, что наиболее вероятным механизмом гибели олигодендроцитов у больных шизофренией и аффективными расстройствами являются нарушения регуляции гипоталамогипофизарно-надпочечниковой системы и повышенный уровень свободных радикалов (Прилипко Л.Л. и Лидеман Р.Р., 1982, Cotter D.R. and Pariante C.M., 2002).
Полученные нами данные показывают перспективность использования стереологического морфометрического метода оптического диссектора в раскрытии патологии олигодендроцитов при шизофрении и аффективных расстройствах.
Перинейрональные, перикапиллярные и интерфасцикулярные олигодендроциты являются важными элементами различных физиологических механизмов, которые нарушены при шизофрении и аффективных расстройствах. Среди них наиболее значимыми являются нейротрофическая и нейропротекторная функция олигодендроцитов, а также их участие в обеспечении структурной пластичности головного мозга.
Шизофрения и аффективные Контроль расстройства Астроцит Астроцит Олигодендроцит Олигодендроцит Нейрон Нейрон Олигодендроцит Олигодендроцит Олигодендроцит Олигодендроцит Рис. 11. Нарушение взаимоотношений между олигодендроцитами и нейронами, олигодендроцитами и капиллярами при шизофрении и аффективных расстройствах.
Таким образом, уменьшение числа перинейрональных, перикапиллярных и интерфасцикулярных олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении, маниакально-депрессивном психозе и депрессии является морфологическим проявлением нарушенных взаимоотношений олигодендроцитов с нейронами, миелинизированными аксонами и капиллярами (рис. 11).
Для выяснения роли патологии олигодендроцитов в расстройствах высшей нервной деятельности у больных шизофренией и аффективными расстройствами следует рассматривать мозг как глио-нейрональную систему, в которой особую роль играют взаимоотношения олигодендроцитов с нейронами. Дальнейшее изучение роли олигодендроцитов в развитии эндогенных психических заболеваниях открывает новые пути к пониманию звеньев патогенеза этих заболеваний и к поиску новых способов их лечения.
капилляр капилляр Выводы 1. В настоящей работе впервые с помощью современного стереологического метода оптического диссектора выявлен дефицит олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах (маниакальнодепрессивном психозе и депрессии).
2. Шизофрения характеризуется выраженным снижением численной плотности перинейрональных и перикапиллярных олигодендроцитов в сером веществе префронтальной коры и интерфасцикулярных олигодендроцитов в подлежащем белом веществе.
3. Снижение численной плотности олигодендроцитов является характерным признаком не только для шизофрении. Маниакально-депрессивный психоз и депрессия также характеризуются выраженным снижением численной плотности олигодендроцитов, в том числе перинейрональных, в сером веществе префронтальной коры.
4. Снижение численной плотности олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении не зависит от возраста индивидуумов, длительности заболевания, возраста начала заболевания, лечения нейролептиками.
5. Дефицит общей популяции олигодендроцитов, перинейрональных и перикапиллярных олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении наиболее выражен в случаях с преобладанием негативных симптомов болезни.
6. В префронтальной коре при шизофрении на ультраструктурном уровне выявлены деструктивные изменения перинейрональных, интерфасцикулярных и перикапиллярных олигодендроцитов и их гибель по типу апоптоза.
7. Деструктивные изменения, а также дефицит перинейрональных, интерфасцикулярных и перикапиллярных олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах свидетельствуют о нарушении взаимоотношений олигодендроцитов с нейронами, миелинизированными аксонами и капиллярами.
8. Олигодендроциты являются наиболее измененным типом клеток в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах.
9. В префронтальной коре выявлено наличие положительной корреляционной зависимости между численной плотностью олигодендроцитов и возрастом индивидуумов в контрольной группе и отсутствие таковой корреляционной зависимости при шизофрении.
10. Потеря олигодендроцитов в префронтальной коре является одним из важных звеньев в патогенезе шизофрении, маниакально-депрессивного психоза и депрессии, что предполагает существование общих патофизиологических механизмов при этих заболеваниях.
Список работ опубликованных по теме диссертации 1. Востриков В.М. Некоторые нейрохимические гипотезы патогенеза шизофрении в свете исследований мозга человека. (Обзор литературы) // Мед. реф. журн. XIV, 1981, № 4, с. 1-6.
2. Клещинов В.Н., Востриков В.М. Электронно-цитохимическая характеристика гиперхромных нейронов при шизофрении // Журн. невропатологии и психиатрии, 1985, 85: 7, 989-992.
3. Orlovskaya D.D., Vostrikov V.M., Rachmanova V.I., Uranova N.A. Decreased numerical density of oligodendroglial cells in postmortem prefrontal cortex in schizophrenia, bipolar affective disorder, and major depression. (Abstracts of the УX biennial winter workshop on schizophreniaФ, Davos, Switzerland, 2000) // Schizophr. Res., 2000, 41: 105-106.
4. Востриков В.М., Уранова Н.А., Орловская Д.Д., Рахманова В.И. Снижение численной плотности олигодендроглиоцитов в префронтальной коре при шизофрении, биполярных аффективных расстройствах и депрессии. / ХIII съезд психиатров России: Сборник материалов съезда. Москва, 2000, с.362.
5. Uranova N.A., Orlovskaya D.D., Vichreva O.V., Zimina I.S., Kolomeets N.S., Vostrikov V.M., Rachmanova V.I. Electron microscopy of oligodendroglial in severe mental illness // Brain Res. Bull., 2001, 55: 597-610.
6. Uranova N.A., Orlovskaya D.D., Vostrikov V.M., Rachmanova V.I. Decreased density of oligodendroglial satellites of pyramidal neurons in layer III in the prefrontal cortex in schizophrenia and mood disorders. (Abstracts of the УXI Biennial winter workshop on schizophreniaФ, Davos, Switzerland, February 24-March 1, 2002 // Schizophr. Res., 2002, 53, 3: 107.
7. Uranova N.A., Orlovskaya D.D., Vostrikov V.M., Rachmanova V.I.
Oligodendroglial pathology in postmortem prefrontal cortex in schizophrenia. (Sixth European Meeting on Glial Cell Function in Health and Disease, Berlin, September 3-6, 2003) // Glia, Supplement, 2003, P.40, page 27.
8. Орловская Д.Д., Уранова Н.А., Востриков В.М., Зимина И.С., Вихрева О.В., Рахманова В.И. Реакция разных типов глии в мозге при шизофрении. / Современные проблемы биологической психиатрии и наркологии. Материалы Всероссийской конференции с международным участием. Томск, 2003, с. 163-164.
9. Uranova N.A., Vostrikov V.M., Orlovskaya D.D., Rachmanova V.I.
Oligodendroglial density in the prefrontal cortex area 9 in schizophrenia and mood disorders: A study of brain collection from the StanleyFoundation Neuropathology Consortium // Schizophr. Res., 2004, 67: 269-275.
10. Black J.E., Kodish I.M., Grossman A.W., Klintsova A.Y., Orlovskaya D.D., Vostrikov V.M., Uranova N.A., Greenough W.T. Pathology of layer V pyramidal neurons in the prefrontal cortex of patients with schizophrenia // Am. J. Psychiatry, 2004, 161:742744.
11. Востриков В.М., Уранова Н.А., Рахманова В.И., Орловская Д.Д. Сниженная численная плотность олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении // Журн. невропатологии и психиатрии, 2004, 104: 47-51.
12. Uranova N, Vostrikov V, Vichreva O, Zimina I, Kolomeets N, Rachmanova V, Orlovskaya D. Oligodendroglia in schizophrenia: Findings from postmortem studies.
Abstract for 8th World Congress of Biological Psychiatry, Vienna, 2005 // World J. Biol.
Psychiatry, 2005, 6: Suppl. 1, P.74-75.
13. Vostrikov V, Orlovskaya D, Uranova N. Deficit of pericapillar oligodendrocytes in schizophrenic brains Abstract for 8th World Congress of Biological Psychiatry, Vienna, 2005 // World J. Biol. Psychiatry, 2005, 6: Suppl. 1, P 331.
14. Uranova N.A., Vostrikov V.M., Zimina I.S., Vichreva O.V., Kolomeets N.S., Rachmanova V.I., Orlovskaya D.D. The role of oligodendrocyte pathology in schizophrenia // Int. J. Neuropsychopharmacol., 2007, 10: 4, 537-545.
15. Vostrikov V, Uranova N, Orlovskaya D. Deficit of perineuronal oligodendrocytes in the prefrontal cortex in schizophrenia and mood disorders // Schizophr. Res., 2007, 94: 273280.
16. Востриков В.М. Сниженная численная плотность перикапиллярных олигодендроцитов в коре головного мозга при шизофрении // Журн. невропатологии и психиатрии, 2007, 107: 12, 58-65.
17. Uranova N. A., Vostrikov V.M., Vichreva O. V., Rachmanova V. I., Orlovskaya D.
D. The role of oligodendrocyte pathology in schizophrenia. Abstract for XX International Congress on Schizophrenia Research, Colorado-Springs, 2007 // Schizophr. Bull., 2007, 33:
272-273.
18. Востриков В.М. Дефицит и гибель олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении и аффективных расстройствах. / Материалы Российской конференции Взаимодействие науки и практики в современной психиатрии Москва 9-11 октября 2007 г. М., 2007, с. 323.
19. Уранова Н.А., Востриков В.М., Вихрева О.В., Зимина И.С., Коломеец Н.С., Рахманова В.И., Орловская Д.Д. Роль олигодендроглии в патогенезе шизофрении. // Психиатрия, 2007, 4(28), 49-54.
20. Yurov Y.B., Iourov I.Y., Vorsanova S.G., Demidova I.A., Kravetz V.S., Beresheva A.K., Kolotii A.D., Monakchov V.V., Uranova N.A., Vostrikov V.M., Soloviev I.V., Liehr T. The schizophrenia brain exhibits low-level aneuploidy involving chromosome 1 // Schizophr. Res., 2008, 98: 139-147.
21. Vostrikov V, Orlovskaya D, Uranova N.Deficit of pericapillary oligodendrocytes in the prefrontal cortex in schizophrenia // World J. Biological Psychiatry, 2008, 9: 1, 34-42.