Стаття "Короткий нарис історії нейрогістології"

Про матеріал

В статті висвітлено основні віхи розвитку нейрогістології, наведено короткий опис історії вивчення нейроглії. Значну увагу присвячено Володимиру Олексійовичу Бецу, видатному українському вченому який, на превеликий жаль, зараз маловідомий. В кінці вміщено додатки з портретами вчених, їх роботами, схемами та мікрофотографіями нейронів.

Перегляд файлу

І. Віхи історії

• 1837 – Йоган Пуркінє (чеський вчений) – вперше спостерігав чіткі докази того, що мозок складається з клітин.

• 1856 – Р. Вірхов (Німеччина) – відкрив нейроглію. (Додаток А)

• 1865 – О. Дейтерс (Німеччина) – описав відростки нейронів – аксон і

дендрити. (Додаток Б)

• 1874 – В.О. Бец (Україна) – описав гігантські пірамідні клітини в корі

великих півкуль головного мозку, що безпосередньо керують мотонейронами скелетних м’язів. (Додаток В)

• 1906 – К. Ґольджі й С. Рамон-і-Кахаль – Нобелівська премія за

обґрунтування клітинної будови нервової системи. (Додатки Г, Ґ)

II.

Сантьяго Рамон-і-Кахаль та Каміло Ґольджі: два фундатори нейронауки

Вивчаючи будову клітин мозку, вчені зіткнулися з кількома перешкодами. По-перше, досліджувані клітини мали вкрай малі розміри. Більшість із них мали в діаметрі 0,01-0,05 мм. Для порівняння: кінчик не заточеного олівця має в діаметрі близько 2 мм; діаметр нейронів - у 40-200 разів менше. Через це нейронаука не могла розвиватися до винаходу складного мікроскопа наприкінці XVII століття.

Проте це не розв’язало усіх проблем. Для дослідження під мікроскопом з тканин мозку потрібно було виготовляти дуже тонкі зрізи, в ідеалі не набагато товщі за діаметр клітин. Однак тканина мозку має желеподібну консистенцію, недостатньо щільну для виконання настільки тонких зрізів.

Таким чином, вивчення клітин мозку довелося відкласти доти, доки не з'явився метод, що дає змогу ущільнити тканину, не порушуючи її структури, та інструмент, за допомогою якого можна виконувати дуже тонкі зрізи. У XIX столітті вчені відкрили метод ущільнення, або "фіксації", тканин шляхом занурення їх у формальдегід, а також винайшли спеціальний пристрій, названий мікротомом, з допомогою якого отримують надтонкі зрізи тканини.

Ці здобутки створили умови для виникнення гістології – науки, що вивчає тканини.

Але перед вченими, що досліджували структуру мозку, постала чергова завада. Тільки-но підготовлена тканина головного мозку виглядала під мікроскопом як однорідна структура кремового кольору без характерних пігментацій, які б давали змогу виокремити клітини.

Останню перешкоду до вивчення тканин мозку зліквідувало винайдення способу фарбування, за якого кольору набували лише деякі частини клітин мозкової тканини.

Один із методів фарбування, який використовується й дотепер, був винайдений німецьким неврологом Францом Ніссле наприкінці XIX століття. Ніссль показав, що клас лужних барвників забарвлює ядра клітин, а також скупчення речовин, які оточували ядра нейронів. Ці скупчення називаються тільцями Ніссля, а метод фарбування назвали методом Ніссля. Фарбування за методом Ніссля дає змогу вирізнити нейрони та глію. (Додаток Д) Завдяки йому гістологи отримали можливість досліджувати локалізацію, або цитоархітектуру, нейронів у різних частинах мозку (префікс cyto- походить від грецького слова "клітина"). Вивчення цитоархітектури зумовило усвідомлення того, що мозок складається з багатьох спеціалізованих зон. Зараз відомо, що кожна зона виконує певні функції.

Проте метод Ніссля далеко не бездоганний. Нейрони, пофарбовані за Нісслем, виглядали як грудки протоплазми з ядрами. Насправді ж ці клітини за своєю будовою набагато складніші, але якою мірою, було невідомо доти, доки італійський гістолог Камілло Ґольджі не запропонував новий метод, який нині називають фарбуванням за Ґольджі. У 1873 р. учений встановив, що насичення тканин мозку розчином Ag₂CrO₄ (хромат срібла(I)), дозволяло повністю забарвити невелику частку нейронів у темний колір. (Додаток Е) Це відкриття продемонструвало, що видимі при фарбуванні за методом Ніссля протоплазма і ядро є лише малою частиною структури нейрона.

Фарбування за Ґольджі показує, що нейрон має щонайменше дві частини – центральну ділянку, яка містить ядро, і множинні тонкі відростки, які відходять від центральної ділянки на всі боки. Округла область, що містить ядро, має кілька взаємозамінних назв: тіло нейрона, сома і перикаріон. Тонкі відростки, що відходять від тіла нейрона, називаються нейритами, вони бувають двох типів: аксони та дендрити. (Додаток Є)

Сьогодні нейрогістологія залишається активною галуззю нейронауки, а її

кредо говорить: "Вивчення мозку залежить головно від фарбування".

Ґольджі винайшов метод фарбування, а його іспанський сучасник зміркував, як використати цей метод з максимальною користю. Сантьяго Рамон-і-Кахаль був талановитим гістологом і художником, він довідався про метод Ґольджі у 1888 р. Протягом наступних 25 років Кахаль використовував метод Ґольджі для створення схем і малюнків різних ділянок мозку. (Додаток Ж) Цікаво, але Ґольджі та Кахаль дійшли повністю протилежних висновків стосовно нейронів.

Ґольджі наполягав на тому, що відростки різних нейронів зливаються, утворюючи безперервну сітку, подібно до артерій і вен кровоносної системи. Згідно з цією ретикулярною теорією мозок був винятком із загальної клітинної теорії, яка постулювала, що окрема клітина є функціональною одиницею всіх тканин тварин. Кахаль, зі свого боку, завзято захищав тезу, яка полягала в тому, що відростки різних нейронів сполучаються один з одним за допомогою контактів, але не є суцільно зв’язаними. Ідея про те, що клітинна теорія поширюється на нейрони, відома як нейронна доктрина. Попри те, що Ґольджі та Кахаль розділили в 1906 р. Нобелівську премію, вони до самого кінця залишалися суперниками.

Наукові свідчення наступних 50 років серйозно зміцнили нейронну доктрину, але остаточних доказів довелося чекати до винаходу електронного мікроскопа в 1950-х рр. Удосконалена роздільна здатність електронного мікроскопа дала змогу побачити, що відростки різних нейронів не є одним цілим.

III. Коротка історія вивчення нейроглії

Вчення про нейроглію представив Рудольф Вірхов у 1856 році. Вірхов розглядав нейроглію як різновид сполучної тканини.

Однак перша гліальна клітина була описана ще до того, як Вірхов сформулював свою концепцію нейроглії. Роберт Ремак у своїй дисертації, опублікованій у 1838 році, описав нервові волокна й оболонки, що їх оточують, пізніше названі клітинами Шванна.

Першими малюнками астроцита ми завдячуємо Отто Дейтерсу, який, на жаль, помер у молодому віці; його робота була опублікована посмертно в 1865 році.

Піо дель Ріо-Ортагу, учневі Кахаля, вперше вдалося виокремити три типи гліальних клітин у центральній нервовій системі. У низці публікацій він відрізнив мікрогліальні клітини та олігодендроцити від астроцитів. (Додаток З, И).

IV. Володимир Олексійович Бец

Чимало представників українського народу належать до людей, що значно посприяли світовому поступу науки. Одним із таких був Володимир Олексійович Бец - професор, завідувач кафедри анатомії Київського

Імператорського Університету Святого Володимира протягом 22 років

(1868-1890). (Додаток І)

Володимир Олексійович Бец народився 14 квітня 1834 року в Острі, невеликому містечку на півночі України. Належав до дворянської, відносно заможної родини. За деякими свідченнями серед предків вченого були запорізькі козаки півдня України.

Науковий доробок Володимира Олексійовича Беца надзвичайно багатий.

Тезово сформулюємо основні здобутки українського анатома:

I. У 1863 р. В.О.Бец отримав ступінь доктора наук, захистивши дисертацію "Про механізм кровообігу в печінці". У цій роботі він показав себе кваліфікованим фахівцем не тільки в галузі анатомії, але й фізики.Серед фундаментальних внесків дисертації Беца були його описи різниці тиску між ворітною системою печінки і печінковою артерією. Частина цієї праці українського вченого, в якій йдеться про гідравлічні розрахунки, була свого часу надрукована у звітах Віденської академії наук.

II. Володимир Бец проводив анатомічні та гістологічні дослідження надниркових залоз, легень і кісток. Він відкрив хромафінну реакцію надниркових залоз і є автором одних із перших описів остеогенезу. Бец був всебічним дослідником і часто читав лекції з хімії та фізики.

III. З початку 1860-х років вчений почав зосереджуватися на дослідженнях головного мозку. Володимир Олексійович вважав, що гістологічна наука може дати розуміння причин неврологічних захворювань, і вважав необхідним використання науки для потреб клінічної медицини. Задля вдосконалення гістологічної техніки вчений розробив революційні методи фарбування та фіксації мозкової тканини; багато з цих методів були надзвичайно складними. Володимир Олексійович сконструював інструмент, що дозволяв виготовляти надзвичайно тонкі перерізи мозку. Ці досягнення дозволили видатному анатому вивчати мозок в найдрібніших деталях. (Додаток Ї)

IV. Бецем була створена величезна колекція з 8941 гістологічного препарату головного і спинного мозку, включаючи зразки здорових і психічно хворих людей, немовлят, мавп, собак і щурів. Дослідник отримав персональне запрошення представити свої зразки на

Віденській всесвітній виставці 1873 року, де був нагороджений "Медаллю Фортшрітца". Після тріумфу у Відні Німецьке товариство анатомів і Карл Людвіг запропонували йому 7000 австрійських гульденів за колекцію (величезну на той час суму). Однак видатний анатом відмовився від продажу, натомість передавши колекцію у подарунок медичному факультету Університету Святого Володимира. (Додаток Й)

V. Найвагомішим внеском Володимира Беца у світову науку стало відкриття ним у 1874 році гігантських пірамідних клітин у V шарі кори передцентральної звивини та прицентральної часточки великого мозку. В.О.Бец не тільки описав ці клітини (які з того часу у всьому світі називають “клітинами Беца”), але й довів, що вони є морфологічним субстратом локалізації описаного Фрічем та Гітцігом рухового центру, який регулює діяльність скелетних м’язів. З властивою йому увагою до деталей Володимир Олексійовчи прагнув дослідити особливості гігантських пірамідних клітин та їх відростків у зразках мозку молодих і літніх людей. Зіставляючи цитоархітектоніку кори і фізіологічну функцію, Бец виділив у цій структурі дві частини: моторну і сенсорну:"На підставі отриманих даних можна стверджувати, що існують дві області головного мозку, які можуть бути визначені як два центри, один моторний, а інший сенсорний." У своїй роботі Uber die feinere Struktur der Gehirnrinde des Menschen (Про деталі будови кори головного мозку у людини), опублікованій в 1880 році, Бец представив архітектонічний поділ кори головного мозку. Чітко визначивши п'ять шарів кори, на відміну від простих ліній, що їх спостерігали більшість тогочасних гістологів у незабарвленому мозку, морфолог знайшов докази структурної спеціалізації, яка, на його думку, корелювала зі специфічними функціями, і більш детально описав гігантські пірамідальні клітини. (Додаток К)

VI. У 1879 р. український учений опублікував "Атлас людського мозку". Ця робота здобула світове визнання. Обставини склалися так, що Володимиру Олексійовичу довелося придбати у 1876 році друкарський верстат, вивчати техніку друку, найняти двох друкарів і друкувати свій атлас у власній квартирі; надрукувати атлас вдалося напрочуд якісно. Досягнення в галузі фотографії та поліграфії були настільки помітними, що Беца обирали головою фотографічної секції Київського технічного товариства протягом кількох термінів.

Як підсумок до всього зазначеного наведемо слова, які Сантьяго Рамон-іКахаль написав про Володимира Беца: «Фактично, наші знання про будову моторної області практично не просувалися вперед до публікації роботи Беца, який відзначив, як характерне для моторної області, існування гігантських пірамідних клітин на рівні четвертого шару Мейнерта, які відсутні в інших ділянках кори... Таким чином, головний мозок зводиться до двох полюсів, моторного і сенсорного, подібно до сірої речовини спинного мозку, де, за переконанням Беца, передній ріг є моторним, а задній сенсорним...».

Інформація про особистість ученого є обмеженою, проте документи 19 століття все ж таки дають змогу створити певний портрет дослідника. Володимир Олексійович Бец був високоосвіченим і цілеспрямованим, вільно володів українською, російською, німецькою та латинською мовами, любив читати грецьких філософів мовою оригіналу. Сучасники описували його як живого, принципового і пунктуального. Очевидно, він був чудовим лектором і міг пояснювати надзвичайно складні предмети відносно простою мовою, а також часто звертав увагу на вплив науки у соціальних і моральних сферах.

Бец вимагав глибокого і повного розуміння медицини, що виходило за межі простого запам'ятовування фактів; небагатьом студентам вдавалося скласти його іспити з анатомії з першої спроби. Проте є свідчення, що вчений був досить дратівливим.

У 1861 році, коли Володимир Олексійович був студентом і подорожував різними відомими європейськими центрами, він опублікував "Лист з Відня" в журналі "Современная медицина" (російською мовою), в якому критикував методи і результати деяких відомих вчених, в яких він нещодавно працював. Він був дуже вимогливим до себе та інших, про що свідчать його надзвичайно складні методи препарування тканин мозку.

Походячи з давнього козацького роду, В.О. Бец не залишався байдужим до історії України. Дружні стосунки пов’язували його з відомим меценатом В.В. Тарнавським, діячами «Старої Громади». Тому невипадково вчений став видавцем надзвичайно цінної книги «Исторические деятели Юго-Западной России» (вжити в назві книги слово «Україна» в умовах жорсткої цензури було неможливо, хоча воно часто зустрічається власне у тексті книги), що побачила світ двічі – у 1883 та 1885 роках. Перший том містив портрети гетьманів українського козацтва (наприклад, Сагайдачного, Хмельницького) й описи їх діяльності та політики. Портрети діячів минулого, кліше до яких виготовив Бец, важко переоцінити – більша частина їхніх оригіналів втрачена. Володимир Олексійович анонсував у передмові масштабний проєкт видання, присвяченого українській старовині, але він залишився незавершеним.

Реакція на участь Володимира Беца у виданні книги була гострою, він отримав опубліковану критику за цю роботу як від громадських діячів Києва, так і Російської імперії. У 1884 р. під час офіційного святкування 50-річчя Університету св. Володимира, коли кілька найвідоміших його членів були обрані почесними професорами, Беца не включили до списку запрошених на урочистості . Він залишив університет у віці 56 років, на вершині визнання і слави після 30 років вкрай плідної наукової роботи. Учений продовжив клінічну діяльність у Кирилівській лікарні, згодом був призначений головним лікарем Південно-Західної російської залізниці.

Таким чином, вченим кінця ХІХ - початку XX століть вдалося значно вдосконалити методи дослідження нервової тканини і докорінно змінити погляди на будову нейронів та гліальних клітин. Наслідком цього тривалого історичного процесу став стрімкий розвиток у сучасному світі надважливої галузі нейронауки – нейрогістології.

ДОДАТКИ

Додаток А

Рудольф Вірхов, форзац його книги і назва лекції №13, в якій концепція нейроглії була представлена

студентам Берлінського медичного університету (Шаріте) 3 квітня 1858 року

Додаток Б

Отто Дейтерс, і його малюнки: астроцита, праворуч – нейрона

Додаток В

Клітина Беца

Додаток Г

Камілло Ґольджі

Додаток Ґ

Сантьяго Рамон-і-Кахаль

Сантьяго Рамон-і-Кахаль в своїй лабораторії у Валенсії

Додаток Д

Нейрон, пофарбований за Нісслем

Додаток Е

Нейрон, пофарбований за Ґольджі

Додаток Є

Будова нейрона

Додаток Ж

Деякі малюнки Сантьяго Рамона-і-Кахаля

Пірамідні нейрони кори головного мозку Клітини Пуркінє (A) і гранулярні клітини (B) мозку голуба.

Гліальні клітини спинного мозку миші Гліальні клітини кори головного мозку дитини

Додаток З

Піо дель Ріо-Ортаго

Додаток И

Малюнки мікроглії, виконані Піо дель Ріо-Ортаго. A) Основні типи мікроглії, які можна спостерігати в здоровому мозку людини. B) Морфологія мікроглії пацієнта з гострим менінгітом. С) Мікроглія з кори головного мозку кролика в ділянці, близькій до рани, через 48 годин після інвазії