Ανάπτυξη του νοραδρενεργικού συστήματος σε φλοιικές και υποφλοιικές περιοχές του εγκεφάλου του επίμυος

Abstract

The noradrenergic (NA) innervation of the developing and adult visual and motor cortex as well as of the dorsal lateral geniculate nucleus of the rat was examined with light and electron microscopic immunocytochemistry using antibodies against dopamine-β-hydroxylase, the enzyme which catalyzes the convertion of dopamine to NA. For this study 35 rats of the following ages were used: newborn (postnatal day 0, P0, n=9), P7 (n=7), P14 (n=7), P21 (n=6) and adult (n=6). At birth, NA fibres were present in both cortical areas, appearing as two tangential streams, one above and the other below the cortical plate. During the subsequent weeks, these two streams arborized gradually innervating all cortical layers. The adult pattern of distribution was attained in all areas studied by postnatal day 14, but the density of innervation appeared similar to the adult by the end of the third postnatal week. Electron microscopic analysis revealed that a low proportion of NA varicosities (the highest value was 12% in the adult motor cortex in single sections) were engaged in synaptic contact, throughout development, in all areas examined. The mean diameter of labelled varicosities and the mean length of the synaptic junctions, estimated by measuring the lengths of the synaptic active zones, were found to remain virtually unchanged during development. The overwhelming majority of these synapses were symmetrical, involving predominantly small or medium dendrites. This evidence suggests that transmission by diffusion is the major mode of NA action in the developing and adult cerebral cortex and dorsal lateral geniculate nucleus. Noradrenaline released in the synaptic junctions may act mainly to reduce the activity of its cortical and dorsal lateral geniculate nucleus targets. The present results provide also morphological evidence for an involvement of NA in the development of the neocortex and, along with earlier data on the serotonergic system, indicate that the monoaminergic systems are endowed with a specific anatomical organization in various areas of the brain.

Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η νοραδρενεργική (ΝΑ) εννεύρωση του οπτικού και του κινητικού φλοιού των εγκεφαλικών ημισφαιρίων και του ραχιαίου έξω γονατώδους πυρήνα του μεταθαλάμου στον αναπτυσσόμενο και στον ενήλικο επίμυ. Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν η μέθοδος αβιδίνης-βιοτίνης (μέθοδος ABC) και αντισώματα εναντίον της υδροξυλάσης β της ντοπαμίνης, του ενζύμου που καταλύει τη μετατροπή της ντοπαμίνης σε ΝΑ. Η εξέταση του πειραματικού υλικού έγινε με το οπτικό και το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο. Το υλικό αυτό προήλθε από 35 επίμυες των παρακάτω ηλικιών: νεογέννητος επίμυς (μεταγεννητική ημέρα 0, Μ0, n=9), M7 (n=7), M14 (n=7), M21 (n=6) και ενήλικος επίμυς (n=6). Παρατηρήσεις με το οπτικό μικροσκόπιο έδειξαν ότι το ΝΑ σύστημα αναπτύσσεται σταδιακά στις περιοχές που μελετήθηκαν. Στον φλοιό, οι ΝΑ ίνες εμφανίζονται αρχικά ως δύο ομάδες κυρίως οριζόντιων σεσημασμένων ινών που βρίσκονται η μία επιπολής και η άλλη εν τω βάθει της φλοιικής πλάκας. Στη συνέχεια, οι ίνες αυτές χορηγούν παράπλευρα κλωνία που διανέμονται στις δημιουργούμενες στιβάδες του φλοιού. Σε όλες τις περιοχές, οι σεσημασμένες ίνες παρουσιάζουν την τοπογραφική κατανομή που παρατηρείται στον ενήλικο επίμυ στο τέλος της δεύτερης μεταγεννητικής εβδομάδας, η πυκνότητά τους, όμως, εμφανίζεται συγκρίσιμη με αυτήν του ενήλικου επίμυος στο τέλος της τρίτης εβδομάδας. Η ανάλυση με το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο έδειξε ότι σε όλες τις περιοχές μόνο ένα μικρό ποσοστό των σεσημασμένων διογκώσεων σχηματίζει συνάψεις, σε όλες τι ηλικίες που εξετάστηκαν. Το ποσοστό αυτό αυξάνεται σταδιακά με την πάροδο της ηλικίας τόσο στις φλοιικές όσο και στις υποφλοιικές περιοχές, με μέγιστη παρατηρούμενη τιμή 12% στον κινητικό φλοιό του ενήλικου επίμυος. Οι συνάψεις είναι στη πλειονότητά τους συμμετρικές με μικρού ή μεσαίου μεγέθους δενδρίτες. Η μέση διάμετρος των σεσημασμένων διογκώσεων καθώς και το μέσο μήκος της ενεργού ζώνης των συνάψεων δεν μεταβάλλονται σημαντικά κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης. Από τα παραπάνω ευρήματα συμπεραίνεται ότι το ΝΑ σύστημα δρα κυρίως ανασταλτικά στους νεύρωνες του φλοιού και του ραχιαίου έξω γονατώδους πυρήνα μέσω συμμετρικών αξονοδενδριτικών συνάψεων, τόσο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης όσο και στον ενήλικο επίμυ. Ένα μεγάλο, όμως, ποσοστό ΝΑ διογκώσεων ελευθερώνει ΝΑ η οποία δρα σε εξωσυναπτικές θέσεις νευρώνων που έχουν τους κατάλληλους υποδοχείς (παρακρινής δράση της ΝΑ). Τα αποτελέσματά μας δείχνουν, επίσης, ότι το ΝΑ σύστημα αναπτύσσεται στα αρχικά στάδια σχηματισμού του φλοιού και, επομένως, είναι σε θέση να επηρεάζει αναπτυξιακά φαινόμενα όπως είναι η φλοιογένεση και ο σχηματισμός των πρώτων νευρωνικών δικτύων. Τέλος, τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής, σε συνδυασμό με προηγούμενες παρατηρήσεις για το σεροτονινεργικό σύστημα, δείχνουν την εξειδίκευση των μονοαμινεργικών συστημάτων σε ό,τι αφορά την κατανομή και την πυκνότητα των σεσημασμένων ινών, το ποσοστό των σεσημασμένων διογκώσεων που σχηματίζουν συνάψεις και τον τύπο τους καθώς και το είδος των μετασυναπτικών στόχων, σε διάφορες περιοχές του εγκεφάλου. Το γεγονός αυτό πρέπει να λαμβάνεται υπ’ όψιν όταν μελετάται ο ρόλος των μονοαμινών στην ανάπτυξη του εγκεφάλου και στη φυσιολογική ή μη λειτουργία του.