Автореферат: Морфофункциональная организация тектофациальной системы у белой мыши

ГОУВПО «Удмуртский государственный университет»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Специальность 03.00.13 «Физиология»

МОРФОФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕКТОФАЦИАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ У БЕЛОЙ МЫШИ

Мокрушина Елена Анатольевна

Ижевск 2007

1. Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

Известно, что филогенез лицевых мышц и их эмбриональная закладка отличаются от развития соматической мускулатуры [Гамбарян 1989, Проничев 2000, Ромер 1992, Шеперд 1987]. И как следствие этого, лицевая мускулатура своеобразна, поэтому заслуживает пристального внимания исследователей. Наличие лицевой мускулатуры связывают с усложнением поведения животных, участием ее в выполнении рефлекторных актов и тонко координированных движениях, направленных на ориентацию в пространстве, сложные формы социального поведения [Li 1991, Luppino 1993, Manger 1995, 1997]. В связи с этим, изучение центральных механизмов управления фациальными мышцами является актуальным в нейробиологии, поскольку вместе с развитием и усложнением морфофункциональной организации лицевой мускулатуры совершенствуются центральные системы управления лицевыми мышцами. мускулатура мышь животное фациальный

Полученные ранее данные позволили выделить две системы управления лицевыми мышцами, сформированные уже у примитивных млекопитающих, таких как белые мыши: кортико- и тектофациальной систем по аналогии с пирамидной и экстрапирамидной системами управления соматической мускулатурой [Проничев 1994, 2000]. Однако, в связи с отличием в филогенезе лицевых мышц от соматических эволюция кортико- и тектофациальной систем проходила по иной схеме [Проничев 2000]. И нельзя рассматривать кортико- и тектофациальную системы, как коллатеральные ответвления пирамидной и экстрапирамидной систем. Это самостоятельные центральные системы контроля движений лицевых мышц.

В настоящее время подробно исследована кортикальная регуляция активности лицевых мышц у различных животных, в том числе у белой мыши [Проничев 1990, 2000]. Но, судя по всему, кортикальный уровень регуляции лицевых мышц вряд ли вмешивается в обыденную жизнедеятельность грызунов и проявляется только в случаях особой необходимости: коммуникативное, мотивационное поведение [Бернштейн 1947, 1990, Проничев 2000]. Поэтому, на данной ступеньке эволюции ведущей является тектофациальная система. В связи с этим, возникает вопрос: как устроена тектофациальная система у белой мыши?

Известно, что любая моторная система подразделяется на иерархически соподчиненные уровни: высший моторный центр, задающий программу действия; сегментарный уровень, осуществляющий непосредственную регуляцию сокращений мышц; а также промежуточное звено - надсегментарный уровень, регулирующий деятельность сегментарных структур и опосредующий протекание комплексных поведенческих реакций [Бернштейн 1947, 1990, Адрианов 1995, Андреева 2000]. Исходя из этого, нами высказывается предположение, что данному принципу подчиняется и тектофациальная система.

Однако, несмотря на детальное изучение функциональных характеристик высшего звена тектофациальной системы у белой мыши - верхнего двухолмия, а также сегментарного уровня - ядра лицевого нерва, до сих пор отсутствует полная картина знаний о надсегментарном уровне тектофациальной системы, и как следствие этого - нет целостной картины о морфофункциональной организации данной системы.

Результаты электрофизиологических исследований указали на существование надсегментарного уровня тектофациальной системы. Характер распределения латентных периодов двигательных ответов лицевых мышц на микростимуляцию верхнего двухолмия был отличен от такого при микростимуляции ядра лицевого нерва. Латентные периоды верхней губы и вибрисс для правого холма варьировали от 10 до 26 мс; для левого - от 10 до 18 мс. В то время как латентные периоды двигательных ответов лицевых мышц на микростимуляцию ядра лицевого нерва составили от 3 до 10,5 мс, что говорит о наличии олигосинаптических тектофациальных влияниях [Проничев 1994, 2000]. Кроме того, при микростимуляции верхнего двухолмия двигательные ответы мышц, в основном, носили контралатеральный характер, а при микростимуляции ядра лицевого нерва - ипсилатеральный [Проничев 1990, 1994, 2000]. Это говорит о том, что олигосинаптические тектофациальные влияния осуществляются через ряд промежуточных структур, где происходит корректировка программы действий. Какие структуры ЦНС входят в это премоторное звено тектофациальной системы, какова их роль в тектофациальных влияниях - вопрос до сих пор был открытым. В связи с этим, в данной работе было предпринято комплексное морфофункциональное исследование промежуточных образований тектофациальной системы у белой мыши. Среди промежуточных структур надсегментарного уровня тектофациальной системы у белой мыши особое внимание было направлено на изучение морфофункциональной организации ядер шва, поскольку известно, что основная функция ядер шва - регуляция смены сна и бодрствования. Нами же высказывается предположение, что данные образования ЦНС принимают участие в двигательном контроле, в том числе в регуляции деятельности лицевой мускулатуры. Таким образом, полное отсутствие знаний о промежуточных структурах тектофациальной системы, фрагментарная изученность тектофациальных влияний у белой мыши как единого целого, свойственного любой системе, а также осознание, что данные знания могут послужить ключом к лучшему пониманию стратегии функционирования мозга, в том числе стволового уровня управления лицевой мускулатурой позволило сформулировать основную цель данной работы:

Изучить морфофункциональную организацию текто-фациальной системы у белой мыши.

В качестве конкретных задач исследования выбраны следующие:

1. Методами антероградной дегенерации нервных волокон с последующей их импрегнацией серебром и ретроградного транспорта флуорохрома примулин выявить эфферентные связи верхнего двухолмия со стволовыми образованиями мозга, имеющими прямые входы в ядро лицевого нерва.

2. С помощью метода микростимуляции выявить пространственную организацию двигательных представительств лицевых мышц в ядрах шва и роль этих образований в двигательном контроле фациальных мышц.

3. На основании полученных данных составить общую схему основных путей тектофациальных влияний у белой мыши и вынести на обсуждение вопрос о существовании тектофациальной системы.

Научная новизна.

1. Проведенное исследование выявило морфофункциональную организацию тектофациальной системы у белой мыши. Обнаружены премоторные структуры тектофациальных влияний: красное ядро, ядра Кахаля и Даркшевича, центральная серая субстанция среднего мозга и моста, моторное и мезенцефалическое тройничные ядра, ядра шва. Разнообразие нисходящих путей тектофациальной системы обеспечивает согласованную работу лицевых мышц, что необходимо для целостного поведенческого акта.

2. Впервые выявлены моносинаптические связи верхнего двухолмия с ядром лицевого нерва у белых мышей.

3. Впервые проведено картирование ядер шва мыши методом микростимуляции и показана роль этих образований в управлении лицевой мускулатурой. Полученные данные позволяют рассматривать ядра шва не только как релейную структуру, но и как интегративное образование, участвующее в регуляции активности лицевой мускулатуры.

4. На основании полученных результатов составлена общая схема основных структур и путей тектофациальной системы.

Теоретическое и практическое значение.

Исследование тектофациальной системы у белой мыши позволяет выявить роль каждого звена в этой системе. Полученные данные могут использоваться в лабораториях, где исследуется центральная организация движений, в том числе и исследование лицевой мускулатуры. Результаты работы могут быть учтены при составлении курсов лекций по анатомии и физиологии ЦНС, физиологии движений, эволюционной морфологии и физиологии.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Контроль за активностью лицевых мышц на уровне ствола мозга осуществляется тектофациальной системой. Влияние верхнего двухолмия на ядро лицевого нерва у белой мыши носит моно- и олигосинаптический характер.

2. Премоторными структурами тектофациальной системы у белой мыши выступают красное ядро, ядра Кахаля и Даркшевича, мезенцефалическое и моторное тройничные ядра, центральная серая субстанция среднего мозга и моста, ядра шва, что обеспечивает согласованность движений лицевых мышц.

3. Основным премоторным звеном в тектофациальной системе являются ядра шва, которые выполняют не только релейную, но и модулирующую функцию.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на конференции молодых ученых России с международным участием «Фундамент. науки и прогресс клинической медицины», посвященной 240-летию ММА им. И.М.Сеченова, М., 1998; XVII съезде Всероссийского Физиол. общества им. И.П. Павлова, Ростов-на-Дону, 1998.; IV Рос. универ.-академ. научно-практической конф., г. Ижевск, 1999; IV съезде Рос. морфологов с международным участием, Ижевск, 1999; Всероссийской научной конф. с международным участием, посвященной 150-летию со дня рождения академика И.П. Павлова, С-П, 1999; V Рос. университетско-академической научно-практической конф., Ижевск, 2001; конф. молодых ученых «Актуальные медико-биологические проблемы в современных условиях», Ижевск, 2001; XVIII съезде физиол. общества им. И.П. Павлова, Казань, 2001; XII Международном совещании и V школы по эволюционной физиол., посвященные памяти академика Л.А. Орбели и 45-летию Ин-та эволюц. физиол. и биохимии им. И.М. Сеченова, С-П, 2001; конф. молодых ученых «Актуальные медико-биологические проблемы в современных условиях», Ижевск, 2002; XIX съезде Всероссийского физиол. общества им. И.П. Павлова, Екатеринбург, 2004; XIII Международном совещании и VI школе по эволюц. Физиол., посвященных памяти академика Л.А. Орбели и 50-летию Ин-та эволюц. физиол. и биохимии им. И.М. Сеченова РАН, С-П, 2006; V Международной конференции по функциональной нейроморфологии, С-П, 2006.

По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав, выводов, списка литературы. Работа изложена на 227 страницах, включает 42 рисунка, 2 таблицы. Список литературы состоит из 308 работ отечественных и зарубежных авторов.

Методы исследования.

Для изучения тектофациальной системы предпринято комплексное исследование с применением методов антероградной дегенерации волокон с последующей их импрегнацией серебром, ретроградного транспорта флуоресцентного красителя и метода микростимуляции. Опыты проводились на взрослых белых мышах обоего пола, весом 20-35г. В качестве наркоза использовали тиопентал натрия (70-80мг/кг) внутрибрюшинно. Для местной анестезии вводили 0,5% новокаин.

Оперативные процедуры.

Для доступа к структурам тектофациальной системы у животных производили операцию трепанации черепа в области мозжечка и каудальной части затылочной кости, череп фиксировали зубным цементом в ростральной области к кронштейнам стереотаксического аппарата, туловище подвешивали в эластичном гамачке.

Ход исследований.

Методика импрегнации серебром дегенерирующих волокон.

Методика импрегнации серебром дегенерирующих волокон применялась с целью изучения эфферентных связей глубоких слоев ВД. 13 мышам механическим путем разрушали один из холмов ВД. В период постоперационного переживания (7-9 дней) происходила антероградная дегенерация волокон, после животному вводилась летальная доза тиопентала натрия, и животное подвергалось внутрисердечной перфузии физиологическим раствором и 10% нейтральным формалином. В течение 14 дней мозг фиксировался в 10% нейтральном формалине. Срезы изготавливали на замораживающем микротоме толщиной 30-40 мкм. Дегенерирующие волокна окрашивали по методу Игера [Буреш 1991]. В качестве инкубирующих растворов использовали 2,5% водный раствор уранилнитрата и аммиачное серебро. Готовые препараты изучали под световым микроскопом марки "Jenaval".

Методика с флуоресцентным красителем.

С целью детального изучения структурной организации тектофациальной системы 26 животным производили в ряд подкорковых образований электрофоретические инъекции флуорохрома (10% раствор примулина "Serva"). Введение флуоресцентного трайсера осуществляли через микроэлектрод (МЭ) с диаметром кончика 10-20 мкм. Для нахождения ориентиров локализации ядер использовали атлас мозга мыши [Sidman 1977]. Ионофорез производили 10 мин. при частоте тока 4 импульса в сек., длительности 200 мсек., силе тока 10-30 мкА, на аноде. После окончания инъекции примулина МЭ оставался в ядре 5 мин. для хорошего выхода флуорохрома из МЭ и лучшего его захвата нейронами. Через 1-2 суток производили интракардиально перфузию 0,9% физиологическим раствором, замещаемым 4-6% параформальдегидом на фосфатном буфере с добавлением 5% раствора сахарозы, который замещался на 10% раствор сахарозы на фосфатном буфере (pH=7,2), охлажденный до +4^ос. Мозг извлекался и фиксировался в охлажденном фиксаторе ночь. Срезы изготавливали на замораживающем микротоме толщиной 50-60 мкм и монтировались на предметные стекла. Препараты высушивали на холоде, обрабатывали в спиртах (70^о, 96^о, 100^о) по 1 мин. в каждом, просветляли в толуоле 3 мин. и заливали 25% полистеролом. Ретроградно меченые примулином нейроны исследовали под люминесцентным микроскопом "Люмам И-1" при длине возбуждающего света 300-420 нм с использованием возбуждающего светофильтра ФС1-2 и запирающего светофильтра СЗС24-4. В ретроградно меченых флуорохромом клетках на фоне диффузно зеленого свечения цитоплазмы наблюдались золотистые гранулы примулина.