научная статья по теме РАЗЛИЧИЯ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В ГЛАЗОСПЕЦИФИЧНЫХ СЛОЯХ ДОРСАЛЬНОГО ЯДРА НАРУЖНОГО КОЛЕНЧАТОГО ТЕЛА КОШЕК ПРИ НАРУШЕНИИ БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ Биология

Текст научной статьи на тему «РАЗЛИЧИЯ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ В ГЛАЗОСПЕЦИФИЧНЫХ СЛОЯХ ДОРСАЛЬНОГО ЯДРА НАРУЖНОГО КОЛЕНЧАТОГО ТЕЛА КОШЕК ПРИ НАРУШЕНИИ БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ»

СЕНСОРНЫЕ СИСТЕМЫ, 2015, том 29, № 1, с. 56-62

_ ЗРИТЕЛЬНАЯ

СИСТЕМА

УДК 611.018.8, 611.814.7, 612.826.5

РАЗЛИЧИЯ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ активности В ГЛАЗОСПЕЦИФИЧНЫХ СЛОЯХ ДОРСАЛЬНОГО ЯДРА НАРУЖНОГО КОЛЕНЧАТОГО ТЕЛА КОШЕК ПРИ НАРУШЕНИИ БИНОКУЛЯРНОГО ЗРЕНИЯ

© 2015 г. П. Ю. Шкорбатова, С. Н. Топорова , С. В. Алексеенко

ФГБУН Институт физиологии им. И.П. Павлова РАН 199034, Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6 E-mail: polinavet@yandex.ru

Поступила в редакцию 14.08.2014 г.

С целью изучения изменений в зрительных подкорковых структурах при ранних нарушениях бинокулярного зрения оценивали функциональную активность нейронов в дорсальном ядре наружного коленчатого тела (НКТд) у взрослых монокулярно депривированных кошек и кошек с косоглазием, вызванным тенотомией глазных мышц. Использовали гистохимический метод выявления цитохромоксидазы (ЦО) - митохондриального фермента дыхательной цепи, уровень активности которого коррелирует с функциональной активностью клеток. На изображениях окрашенных срезов ядра измеряли оптическую плотность в глазоспецифичных слоях А и А1 в зоне проекции центральных пяти угловых градусов поля зрения и вычисляли контраст (К) между значениями оптической плотности в этих слоях. У монокулярно депривированных кошек значение контраста в полушарии, контралатеральном депривированному глазу, было отрицательным, а в полушарии, ипсилатеральном депривированному глазу, - положительным. Подобные межполушарные различия в значениях К наблюдались у кошек с унилатеральным (конвергентным и дивергентным) косоглазием, а также у кошек с билатеральным косоглазием. При этом модуль значений К у кошек с нарушениями бинокулярного зрения был достоверно больше, чем у интактных кошек, у которых отличие К от нуля определялось доминированием одного глаза. Предполагается, что выявленные различия в оптической плотности слоев А и А1 НКТд обусловлены снижением функциональной активности нейронов, получающих входы из депривированного или косящего глаза. Подобные различия, наблюдаемые при билатеральном косоглазии, также предполагают снижение активности одного из глаз у таких животных.

Ключевые слова: кошка, наружное коленчатое тело, косоглазие, монокулярная депривация, цито-хромоксидаза.

ВВЕДЕНИЕ

Нарушение бинокулярного зрения обычно возникает в условиях неодинаковой стимуляции глаз, например, при катаракте, косоглазии. Такие условия, врожденные или приобретенные в раннем детстве, часто приводят к амблиопии -снижению остроты зрения одного глаза, при отсутствии каких-либо видимых патологических изменений глазных сред и нейрозрительного аппарата (Webber, Wood, 2005; Хватова и др., 2005; Рычкова, Васильева, 2011).

К настоящему времени известно, что амблиопия обусловлена реорганизацией зрительных нейро-

нальных структур головного мозга и развивается постепенно в период высокой пластичности нейронных связей (Hubel, 2005; Daw, 2006). Причем изменения, приводящие к амблиопии при косоглазии и монокулярной депривации, обусловлены разными причинами, поэтому может различаться как временная последовательность изменений на различных уровнях зрительной системы, так и степень проявления таких изменений. При дис-бинокулярной амблиопии, возникающей вследствие косоглазия, подавление активности одного из глаз может иметь центральное происхождение (со стороны зрительной коры и/или корковых полей более высоких уровней (Sengpiel, Blakemore,

1996; Muskli et al., 2006)), что является одним из способов избежать двоения или противоречивых сигналов из двух сетчаток. При депривацион-ной амблиопии, которая развивается вследствие врожденной катаракты, снижается активность клеток сетчатки и последующих зрительных структур из-за низкой световой и неоформленной стимуляции глаза, а также тормозных влияний от клеток, получающих входные сигналы из противоположного недепривированного глаза. Представляет интерес выяснить, как такие различия отражаются на активности клеток в дорсальном ядре наружного коленчатого тела (НКТд), в котором зрительные пути из сетчаток проходят через разные слои.

Известно, что функциональная активность клеток коррелирует с метаболической активностью митохондриального фермента цитохромоксидазы (ЦО) (Hevner, Wong-Riley, 1990). Гистохимическим методом выявления ЦО продемонстрировано снижение активности клеток НКТд при монокулярной энуклеации и депривации, блокаде активности клеток сетчатки (Wong-Riley, 1979; Wong-Riley, Riley, 1983). Однако работ по количественной оценке метаболической активности клеток в слоях НКТд при разных видах нарушений бинокулярного зрения не проводилось.

Цель настоящей работы - количественно оценить различия функциональной активности нейронов в глазоспецифичных слоях НКТд у кошек с разными видами нарушений бинокулярного зрения, приводящих к амблиопии (косоглазие и монокулярная депривация).

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

В работе было использовано шесть кошек с унилатеральным, четыре кошки с билатеральным конвергентным косоглазием, семь кошек с унила-теральным дивергентным косоглазием, три - монокулярно депривированные и четыре - интак-тные кошки. Работа проведена с соблюдением основных биоэтических правил обращения с экспериментальными животными.

Операции по формированию экспериментального косоглазия (тенотомия наружных прямых мышц одного или обоих глаз) и монокулярной де-привации (сшивание век одного глаза) выполняли на 8-14-й постнатальные дни. Котят выращивали в условиях естественного освещения и в возрасте от четырех до пяти месяцев проводили перфузи-онную фиксацию головного мозга. Затем изготавливали замороженные фронтальные срезы НКТд

обоих полушарий толщиной 50 мкм, на которых выявляли ЦО гистохимическим методом Вонг-Райли (Wong-Riley, 1979). Этот фермент дыхательной цепи расположен на внутренней мембране митохондрий, и его активность коррелирует с функциональной активностью нервных клеток. На срезах мозга зоны с высокой ЦО-активностью имеют более темную окраску, т.е. более высокую оптическую плотность (ОП).

Оптическую плотность измеряли на изображениях окрашенных срезов НКТд, которые получали путем фотографирования при помощи компьютерной установки, включающей в себя бинокулярную лупу Wild (Германия) и видеокамеру Baumer Optronic (Германия). Затем при помощи программы Морфо Слайс, разработанной вычислительным центром Института физиологии им. И.П. Павлова РАН (Чихман и др., 2011; Алек-сеенко и др., 2012), определяли ОП в выбранных участках срезов. Данная программа позволяет измерять ОП в последовательных участках полосы криволинейной формы и неизменной ширины, траектория которой указывается экспериментатором при помощи мышки. При этом значения ОП отображаются в виде графика в прямоугольной системе координат и экспортируются в программу Microsoft Exсel.

Известно, что наиболее значительные нарушения при монокулярной депривации и косоглазии происходят в области представительства центральной части поля зрения (Sireteanu et al., 1981; Kalil et al., 1984; Kiorpes et al., 1998). В связи с этим от каждого животного было взято 3-7 срезов НКТд, находящихся в зоне проекции от - 2.5 до +2.5 угл. град вдоль проекции вертикального меридиана поля зрения, стереотаксические координаты Хорсли-Кларка этих срезов А5.5 -А7. При этом на каждом из этих срезов измеряли ОП в области проекции от 0 до 2.5 угл. град. вдоль горизонтального меридиана поля зрения, используя карты проекции поля зрения в НКТд (Sanderson, 1971).

Поскольку слои НКТд окрашиваются неоднородно в связи с наличием в них сосудов и проходящих пучков нервных волокон, количество и плотность которых может значительно варьировать, ширина полосы, вдоль которой измеряли значения ОП, была меньше толщины слоев А, А1(около 500 мкм) и составляла 150 мкм. Внутри полосы выбирались наиболее гомогенно окрашенные участки, длина которых составляла 150 мкм. Для увеличения достоверности получаемых данных измерение ОП проводили в 3-6 близкорасположенных участках слоя и результаты усредня-

ли. По результатам этих измерений вычислялся коэффициент, характеризующий контраст между ОП в слое А и в слое А1: К = (dc - di)/(dc + di), где dc - оптическая плотность в слое А, получающем входы из контралатерального глаза, di - оптическая плотность в слое А1, получающем входы из ипсилатерального глаза.

Значения контраста у животных с нарушениями бинокулярного зрения сравнивали с данными, полученными на интактных кошках. Статистический анализ проводили при помощи программы SPSS, достоверность отличий оценивали по методу Манна-Уитни. Отличия считали достоверными при значениях р <0.05. Значения ОП представлены как среднее ± доверительный интервал.

РЕЗУЛЬТАТЫ

На рис. 1 представлены микрофотографии правого и левого НКТд интактной кошки (1) и кошки, депривированной на левый глаз (2). При визуальной оценке интенсивности окраски у интактной кошки не выявляется различий в интенсивности окраски слоев А и А1, тогда как у монокулярно депривированной кошки слои, иннервируемые из депривированного глаза (слой А в правом полушарии и слой А1 в левом полушарии), заметно светлее, чем слои, иннервируемые из интактного глаза. Это согласуется с данными Вонг-Райли (Wong-Riley, 1979), которая впервые обнаружила такие различия у монокулярно депривированных кошек при использовании гистохимического метода выявления ЦО-активности. При проведен-

Рис. 1. Микрофотографии срезов НКТд интактной кошки (1) НКТд.

ной нами количественной оценке различий ОП окраски между слоями А и А1 было обнаружено, что в полушарии, ипсилатеральном интактному глазу, значение К составляло -0.060 ± 0.007, а в противоположном полушарии +0.045 ± 0.007. Межполушарные различия в знаке коэффициента К свидетельствуют об относительно большей ОП в слоях НКТд, связанных с одним из глаз. Контраст между слоями А и А1 при вычислении его по формуле К = (ёс - с11)/(йс + ф) имеет положительные значения в полушарии, контра-латеральном доминантному глазу, так как ОП в слое А больше. В противоположном полушарии контраст имеет отрицательные значения, так как ОП в слое А (недоминантный глаз) относительно меньше (рис. 2). При этом модуль К в полушарии, ипсилатеральном не

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Биология»