Зв'язки між активністю амінергічних нейронів стовбура мозку і електроенцефалограми у кішки: модифікації під впливом бемітилу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата біологічних наук

Зв'язки між активністю амінергічних нейронів стовбура мозку і ЕЕГ у кішки: модифікації під впливом бемітилу

Колотілова О.І.

03.00.13 - фізіологія людини і тварин

Сімферополь-2006

Вступ

Актуальність теми. Одне з найважливіших завдань сучасної фізіології полягає у з'ясуванні організації взаємостосунків стовбурних моноамінергічних (МА) структур із неокортексом, що має принципове значення для розуміння механізмів діяльності мозку загалом. До таких структур належать блакитна пляма (ГП), нейрони якої утворюють норадренергічну (НА-) систему і ядра шва (ЯШ) - де в основному зосереджені серотонінергічні (СТ) нейрони стовбура мозку. МА-системи іннервують практично всі основні відділи центральної нервової системи (ЦНС) [Лиманський Ю.П., 1987]. Відомо, що вони відіграють ключову роль у загальній регуляції поведінки [Кругліков Р.І.; Лиманський Ю.П., 1990; Foote S.L., Bloom F.E., Aston-Jones G., 1983]. Вважається, що однією із найважливіших функцій амінергічних систем мозку є забезпечення різноспрямованих впливів на загальний функціональний стан нейронів неокортексу: подібна модуляторна дія повинна відображатися в змінах частотних компонентів електроенцефалограми (ЕЕГ). Встановлено, що імпульсна активність нейронів аминергічних систем безперервно варіює, завжди випереджаючи на сотні мілісекунд подальші зміни ЕЕГ компонентів [Berridg C.W., Page M.E., Valentino R.J., Foote S.L., 1993; Foote S.L., Morrison J.Y., 1987].

Проте характер взаємозв'язку активності амінергічних систем із різними ритмами ЕЕГ залишається недостатньо вивченим.

Потрібно відзначити, що на даний момент все більш актуальною стає проблема ефективної, адекватної і разом із тим відносно безпечної фармакологічної корекції функціонального стану організму як людини, так і тварин. Насамперед це стосується як широко вживаних, так і нових синтезованих нейротропних і психофармакологічних препаратів. Найважливішою умовою їх вживання залишається нешкідливість, відсутність токсичних ефектів, особливе необхідне в тих випадках, де ці речовини застосовують тривало.

У даний час пильну увагу нейрофармакологів привертає препарат бемітил (2-етилтиобензимідазола гідробромід моногідрат), що має психостимулюючі, антидепресантні [Трофимов Н.А., 1995] і актопротекторні [Виноградов В.М., Гречко А.Т., 1982] властивості; описаний і транквілізуючий ефект даного препарату [Киричок Л.Т., Бобков Ю.Г., 1991]. Хоча упровадження в клінічну практику бемітилу почато відносно давно, дані про фармакодинаміку цього препарату і його нейрофармакологічних ефектах поки обмежені та суперечливі, а наявні результати досліджень не систематизовані і не адаптовані до потреб фахівців-практиків. Тому необхідне диференційоване визначення спрямованості і механізмів дії даного з'єднання безпосередньо на нейрони. Варто вважати, що однієї з мішеней дії бемітилу, є амінергічні системи мозку, які як указувалося раніше, роблять генералізований вплив на стан інших мозкових структур. Це і спонукало нас досліджувати вплив бемітилу на процеси, що протікають в нервовій системі.

Дана робота дозволить одержати нові дані про роль стовбурних амінергічних структур мозку в утворенні ЕЕГ патернів, вивчити механізми внутрішньомозкових процесів.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилося в рамках науководослідницької роботи кафедри фізіології людини і тварин і біофізики Таврійського національного університету ім В.І.Вернадського за програмою: “Дослідження функціональної організації нервової системи і механізмів впливу хімічних сполук на нейрони” (№. держреєстрації 0103U00209), і кафедри органічної хімії за програмою “Розробка методів синтезу заміщених 2-(N-фенілпіромідон-2-іл) бензимідазолів - каталізаторів й ініціаторів хімічних реакцій” (№ держреєстрації 0103U004783).

Мета дослідження. Метою дисертаційної роботи було виявлення зв'язків між рівнем імпульсної активності нейронів амінергічних систем стовбура мозку і характеристиками масової електричної активності кори (ЕЕГ) котів у стані неспання, а також з'ясувати характер модифікації цих зв'язків під впливом фармакологічного препарату бемітилу.

Для дослідження вказаної мети перед роботою були поставлені наступні задачі:

1.Одержати у ненаркотизованих котів у стані неспання паралельні відведення імпульсної активності окремих норадренергічних нейронів блакитної плями і серотонінергічних нейронів ядер шва і ЕЕГ-активності, з'ясувати характер кореляцій частоти фонової імпульсної активності окремих нейронів амінергічних систем стовбура мозку з одного боку і потужності спектральних компонентів ЕЕГ з іншого.

2.З'ясувати характер і динаміку впливу бемітилу на імпульсну активність серотонінергічних і норадренергічних нейронів стовбура мозку котів.

3.З'ясувати характер і динаміку впливу бемітилу на потужність спектральних компонентів (ритмів) ЕЕГ.

4.З'ясувати, яким чином після введення бемітилу модифікуються зв'язки між рівнями активності нейронів амінергічних систем стовбура мозку і потужністю ЕЕГ.

Об'єктом дослідження дисертаційної роботи є: імпульсна активність окремих нейронів амінергічних структур стовбура мозку і масова електрична активність різних зон неокортексу.

Предмет дослідження - зв'язок між імпульсною активністю амінергічних систем стовбура мозку і масовою електричною активністю неокортексу, при їх паралельній реєстрації, а також ефекти впливу фармакологічного препарату (бемітилу) на функціональний стан ЦНС.

Методи дослідження - у роботі використовували позаклітинне відведення імпульсної активності нейронів; реєстрацію ЕЕГ. Дані обробляли методами варіаційної статистики. Деталі методики викладені у відповідних розділах.

Наукова новизна отриманих результатів Проведене дослідження є новим як з погляду поставлених в ньому цілей і задач, так і в плані зробленого для їх реалізації комплексного підходу. Уперше одержані нові оригінальні дані про зв'язок частоти генерації імпульсної активності амінергічних структур мозку з вираженістю певних ритмів ЕЕГ. Уперше показано, що кореляційні взаємозв'язки між частотою генерації імпульсів СТ- і НА-нейронів стовбура мозку і потужністю спектральних компонентів ЕЕГ носять в основному позитивний характер. Уперше вивчені зміни імпульсної активності амінергічних нейронів області ЯШ і ГП при впливі на них біологічно активної сполуки - бемітилу. Показано, що дія бемітилу приводить до перебудови кореляційних взаємостосунків між частотою імпульсної активності амінергічних нейронів і спектральною потужністю масової електричної активності неокортексу. Враховуючи значну близькість характеристик ЕЕГ людини і кішок [Кратин Ю.Г., 1967] у роботі зроблена спроба з великою обережністю екстраполювати результати для вивчення взаємозв'язку і вираженості ритмів ЕЕГ з імпульсною активністю амінергічних систем стовбура мозку, одержані на кішках, у вживанні до фізіології людини.

Теоретичне і практичне значення роботи. Одержані результати мають теоретичну цінність, оскільки поглиблюють знання про зв'язки стовбурних структур мозку з неокортексом і вносять внесок у розвиток уявлень про механізми впливу бемітилу на біоелектричну активність головного мозку кішки. Практичне значення полягає в тому, що досліджені особливості впливу бемітилу на амінергічні нейрони та патерни ЕЕГ, і це повинне бути враховано в клінічній практиці, що дозволить більш диференційовано підходити до рішення питань про призначення препаратів такого типу. Ці відомості розкривають деякі особливості впливу бемітилу на нервову систему і можуть сприяти спрямованії розробці та оптимізації властивостей лікарських препаратів. Результаті роботи, про специфічні реакції амінергічних груп нейронів стовбура мозку, як один із чинників формування індивідуального патерну кіркових ЕЕГ-потенціалів, а також вплив на ці показники такого психостимулюючого препарату як бемітил можуть представляти інтерес для: нейрофізіологів, психофізіологів, нейропсіхологів, псіхофармакологів та ін.

Особистий внесок здобувача. Методика, схема експериментів, розробка технічних завдань для написання комп'ютерної програми і основні принципи аналізу одержаних даних розроблені спільно з науковим керівником. Самостійно були проведені: огляд літератури, апробація і відладка роботи комп'ютерної програми, всі електрофізіологічні серійні експериментальні дослідження на тваринах, які виконувалися в ході даної роботи, статистична обробка та інтерпретація одержаних результатів. Внесок співавторів у спільних публікаціях відобразився: в визначенні мети та завдань на деяких етапах дослідження: участі у вигляді консультацій, корекції та перекладу тексту статті в окремих випадках.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати проведеного дослідження були представлені на Всеукраїнській конференції молодих учених “Актуальні питання сучасного природознавства - 2003” (Сімферополь, 2003); Міжнародній III конференції українського товариства нейронаук (Донецьк, 2005); професорсько-викладацьких конференціях “Дні науки ТНУ” (Сімферополь, 2002 - 2006). Матеріали дисертаційної роботи були використані при підготовці і проведенні лекцій, практичних і семінарських заняттях на кафедрі ТНУ ім. В.І. Вернадського.

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 4 статті у фахових виданнях затвердженних ВАК України, та 2 тез докладів, розроблена комп'ютерна програма, на яку одержано свідоцтво, як на службовий твір.

Структура і обсяг дисертації. Зміст дисертації викладено на 137 сторінках машинописного тексту і включає в собі вступ, огляд літератури, матеріали та методи досліджень, результати і їх обговорення, висновки та список літератури з наведеними 196 джерелами (із них 69 - російською й українською та 127 - іноземними мовами). Роботу ілюстровано 45 рисунками (із них - 4 на окремих сторінках) та 4 таблицями (із них - 2 на окремих сторінках).

1. Основний зміст роботи

Матеріали і методи досліджень. Дослідження виконані на восьми кішках в стані неспання, обох статей масою 2-4 кг. Тварин заздалегідь оперували під загальним наркозом (нембутал, 40 мг/кг, внутрішньобрюшинно). У процесі операції в мозок кішок імплантували направляючу канюлю з неіржавіючої сталі, кінчик якої розташовувався в 5 мм над областю ГП і 9 мм над областю ЯШ. Канюля вводилася в мозок під кутом 21° до фронтальної площини і 29° - до сагітальної. Нейронну активність відводили у межах, що мають стереотаксичні координати Р -1, L 1.3, Н 7.10 (ГП) і Р -1.-2, L 2.0, Н 4.5.9.0 (дорсальне і верхнє центральне ЯШ), де розташовані НА- і СТ-нейрони відповідно. До амінергічних кліток досліджувані нейрони були віднесені на підставі відносно низької частоти фонової активності (менше 8 с-1), поліфазності потенціалів дії (ПД), їх великої тривалості (2.5-5.0 мс) і відповідної локалізації кліток у стовбурі мозку [Foote S.L., Morrison J.H., 1987; Berridge C.W., Espana R.A., 2000].

Для відведення нейронної активності використовували рухомий електрод, який був срібним мікродротом (діаметр 8-12 мкм) у скляній ізоляції (загальна товщина 70 мкм). Кінчик мікродроту був криво заточений подібно ін'єкційній голці. ЕЕГ відводили білатерально над лобовою, тім'яною, потиличною і скроневими областями кори. Для цього на кістці черепа зубним бором робилися невеликі поглиблення, і в ці лунки вставляли позолочені електроди площею 0.5 мм2, які зверху заливали акрилатом. ЕЕГ піддавали стандартному спектральному аналізу, виділяючи наступні частотні компоненти: 1-3 Гц (дельта-ритм), 4-7 Гц (тета-ритм), 8-13 Гц (альфа-ритм), 14-30 Гц (бета-ритм) і 31-48 Гц (гамма-ритм). Всі сигнали підсилювали і обробляли за допомогою стандартного комплексу апаратури для відведення і аналізу імпульсної активності окремих нейронів і ЕЕГ. Дослідження імпульсної активності окремих нейронів і масової електричної активності у кожної окремої тварини проводили протягом одного - п'яти місяців після операції. Нами було виконано дві серії експериментів. У першій із них, в умовах паралельного відведення імпульсної активності нейронів амінергічних систем і масової електричної активності неокортексу протягом однієї години простежувалися зміни обох показників. Для другої серії, також в умовах паралельного відведення імпульсної активності реєстрували початковий рівень активності; потім або перорально вводили бемітил (50 мг/кг), який додавали в сухий корм, або імітували його введення, даючи їжу, що не містить даного агента (плацебо-контроль). Після цього послідовно записувалися трихвилинні фрагменти імпульсної активності амінергічних нейронів і відрізки ЕЕГ тієї ж тривалості. Відведення повторювали через кожні 5 хв протягом однієї години.

Для контролю локалізації областей відведення після закінчення експерименту тварин усипляли шляхом введення нембуталу в летальній дозі. Замість відвідного мікроелектроду вводили на ту ж глибину ніхромовий голчатий електрод, і через нього протягом 1 хв. пропускали струм 2 мА позитивної полярності. Потім мозок фіксували у формаліні, і робили зрізи на заморожуючому мікротомі. Положення зони коагуляції верифікували на поперечних зрізах згідно з стереотаксичним координатам атласу Рейнозо-Суареца .

Дані електрофізіологічного дослідження оброблялися з використанням стандартних методів варіаційної статистики. Використовували параметричні й непраметричні критерії, залежно від характеру розподілу даних. При кореляційному аналізі та статистичних порівняннях вважалися статистично значущими показники при р<0,05.

Всі експерименти виконані відповідно до біоетичних норм і направлені на використання меньшої кількості тварин задіяних в експерименті, а також на мінімізацію страждань тварин.

Взаємозв'язок частоти імпульсної активності амінергічних структур і спектральної потужності ритмів електроенцефалограми. У процесі досліджень була зареєстрована активність 102 ймовірно амінергічних нейронів стовбура мозку.

Усього в сфері дорсального та центрального ЯШ зареєстрована активність 52 нейронів. Для них була характерна поодинока, рідше групова ФІА з середньою за популяцією частотою 2,24 ± 0,12 с-1, при крайніх значеннях від 0,1 до 6,0 с-1. ПД були поліфазними і тривалими - 2,5-5,0 мс. Морфологічний контроль показав, що всі досліджувані клітки були розташовані в області ЯШ, де знаходяться тіла СТ-нейронів з найбільшою густиною. На підставі таких характеристик активність даних нервових клітин області ЯШ, яка була зареєстрована в наших експериментах, розглядалася як імпульсна активність передбачуваних СТ-нейронів.

У результаті вивчення взаємозв'язку частоти ФІА СТ-нейронів і амплітудних параметрів ЕЕГ виявлено, що активність більшості СТ-нейронів ЯШ, позитивно корелювала із спектральною потужністю всіх ритмів ЕЕГ. При аналізі зв'язку частоти нейронної активності СТ-нейронів і потужності ритмів ЕЕГ по всій сукупності відведень (рис. 1, А), встановлено, що найбільш тісно пов'язаний із імпульсною активністю СТ-нейронів ЯШ бета-ритм. Загалом, частка СТ-нейронів, чия активність статистично значущо і позитивно корелює з одним або декількома ритмами ЕЕГ приблизно складала від 30 до 57% (рис. 1, А).

У процесі досліджень при розгляді масової електричної активності неокортексу зареєстрованої від різних локусів відведення були виявлені наступні закономірності представлені на рис. 1, Б, В, Г, Д, Е.

За 100% прийнята загальна кількість нейронів (N = 52 нейрони); зірочками позначені достовірні кореляції (Р<0,05); схематично представлено розташування реєструючих електродів ЕЕГ, локуси, для яких розраховані кореляції затемнені.

Всього зареєстрована активність 50 НА- нейронів області ГП, для яких була характерна одиночна, рідше групова ФІА з середньою частотою 4,1 ± 0,33 с-1, при крайніх значеннях від 0,3 до 6,0 с-1. ПД були поліфазними і тривалими - 2,5-5,0 мс. Морфологічний контроль показав, що всі досліджувані клітки були розташовані в області ГП, де знаходяться тіла НА-нейронів із найбільшою густиною.

Рис. 1. Частка серотонінергічних нейронів ядер шва (у відсотках), які виявляють кореляційні взаємозв'язки із спектральною потужністю ЕЕГ ритмів. А - за всією сукупністю відведень; Б - іпсілатеральне відведення; В - лобове відведення; Г - потиличне відведення; Д - контралатеральне відведення; Е - центральне сагітальне відведення. 1 - статистично значущі позитивні кореляції; 2 - статистично значущі негативні кореляції; 3 - позитивні кореляції, що не досягають рівня значущості; 4 - негативні кореляції, що не досягають рівня значущості.

На підставі таких характеристик дані нервові клітки області ГП розглядалися як НА-нейрони.

У результаті проведеного дослідження виявлено, що найбільш часто рівень частоти ФІА досліджуваних нейронів ГП був позитивно і значущо пов'язаний із спектральною потужністю всіх ритмів ЕЕГ. При цьому, аналізуючи ФІА нейронів ГП і ЕЕГ за всією сукупністю відведень (рис. 2, А) знайшли, що на відміну від СТ-нейронів ЯШ, збільшення частоти генерації імпульсів більшості передбачуваних НА-нейронів ГП, супроводжувалося передусім посиленням потужності альфа-ритму (53%).

У процесі досліджень при розгляді масової електричної активності неокортексу зареєстрованої від різних локусів відведення були виявлені наступні закономірності представлені на рис. 2, Б, В, Г, Д, Е.

Рис. 2. Частка норадренергічних нейронів блакитної плями (у відсотках), які виявляють кореляційні взаємозв'язки із спектральною потужністю ЕЕГ ритмів. А - за всією сукупністю відведень; Б - лобове відведення; В - контралатеральне; відведення; Г - центральне сагітальне відведення; Д - іпсілатеральне відведення; Е - потиличне відведення. За 100% прийнята загальна кількість нейронів (N = 50 нейронів)

Позначення такі ж, як і на рис. 1.

Одержані в дослідженні дані свідчать про існування виразного взаємозв'язку характеристик частоти ФІА імпульсації нейронів СТ- і НА- систем з потужністю ритмів ЕЕГ. Аналізуючи одержані в наших експериментах дані про виразний взаємозв'язок між частотою ФІА імпульсної активності нейронів СТ- і НА- систем і потужністю ритмів ЕЕГ, ми маємо на увазі те, що зміни частоти генерації імпульсної активності МА-систем стовбура мозку роблять вплив на ЕЕГ. Проте, стверджувати, що ці зв'язки засновані на прямих взаємодіях МА-нейронів і кліток неокортексу ми не можемо, не виключаючи можливості віддзеркалення в активності досліджуваних структур дії інших систем мозку. Ми припускаємо, що масова електрична активність неокортексу швидше за все не впливає на частоту генерації імпульсів нейронів МА-систем стовбура мозку. У той же час приходимо до припущення, що спектральні характеристики поточної ЕЕГ в певному значенні можна розглядати як індикатор активності аминергічних систем мозку.

З літературних джерел відомо, що розряди НА- і СТ-кліток модулюються активацією мозаїки рецепторів на їх сомі і дендритах. Вважається, що НА і СТ викликає в клітках-мішенях як збудливі, так і гальмівні ефекти. Характер дії на окрему клітку визначається концентрацією медіатора, наявністю і співвідношенням типів рецепторів, з якими зв'язується НА і СТ.

У ході наших досліджень було виявлено, що велика частина достовірних кореляційних зв'язків між частотою ФІА нейронів МА-систем і спектральною потужністю ЕЕГ ритмів мала позитивний характер, проте також була виявлена порівняно невелика частка негативних і значущих кореляцій між відзначеними показниками. Виходячи з вищевикладеного, варто вважати, що позитивні кореляційні зв'язки між частотою генерації імпульсної активності нейронів МА-систем і потужністю спектральних компонентів ЕЕГ пов'язані із стимуляцією мозаїки активуючих і пригніченням гальмуючих рецепторів розташованих на тілі норадренергічних і серотонінергічних нейронів. Проте, однозначно стверджувати, що збудливі постсинаптичні потенціали приводять до збільшення потужності одних ритмів, а гальмівні постсинаптичні потенціали - інших ми не можемо.

При вивченні взаємозв'язку СТ-нейронів і поточної ЕЕГ звертає на себе увагу наявність переважання випадків статистично значущих позитивних кореляцій потужності бета-ритму ЕЕГ у різних відведеннях з частотою імпульсної активності нейронів ЯШ. Відомо, що фонова ритміка СТ-нейронів найбільш висока під час активного пильнування, знижується під час повільного сну і майже повністю припиняється під час швидкого сну [Rasmusen D., Strecker R.E., Jacobs B.L., 1986]. У зв'язку з вищевикладеним можна припустити, що збільшення ФІА СТ-нейронів ЯШ приводить до посиленого викиду серотоніна в період пильнування тварини, що у свою чергу відображається в ритміці ЕЕГ збільшенням бета-ритму. Як відомо, бета-ритм добре виражений у спектрі ЕЕГ під час емоційної напруги, у станах тривоги, збудження, турботи. У зв'язку з цим вважають, що він є виразом активації рухової кори або її аферентної системи [Жоров П.А., 1974]. Проте, є і такі дані, які свідчать, що бета-ритм не завжди пов'язаний із руховою та емоційною активністю і може розглядатися як “холостий хід” моторної кори за відсутності рухів [Гнєздицький В.В., 2000].

У справжньому дослідженні виявлено переважання випадків високої позитивної кореляції потужності альфа-ритму з імпульсною активністю нейронів ГП. Відомо, що такі стимули як світло і звук майже не роблять модулюючого впливу на фонову ритміку нейронів ГП [Лиманський Ю.П., 1990], тоді як на альфа-ритм, подібні стимули надають пригнічуючий вплив, викликаючи реакцію десинхронізації. Альфа-ритм особливо добре реєструється в умовах повного спокою досліджуваного, який знаходиться в темноті із закритими очима або при розплющених очах без зосередження уваги на об'єкті [Гусельников В.І., 1976]. У зв'язку з цим, виявлений у нашій роботі позитивний взаємозв'язок між ФІА нейронів ГП і альфа-ритмом ЕЕГ здається несподіваним. Такий тісний позитивний взаємозв'язок альфа-ритму з нейронною активністю ГП можна пояснити таким чином: коли тварина знаходиться у спокої в стані дрімоти, ФІА нейронів ГП знижується, при цьому в ЕЕГ переважає в основному дельта-активність (рис. 3, точка 1); у разі ж, коли тварина пильнує і знаходиться в спокійному розслабленому стані, частота імпульсацій нейронів ГП збільшується, при цьому спостерігається збільшення потужності альфа-ритму ЕЕГ (рис. 3, точка 3). А оскільки, в наших експериментах тварина більшою мірою і знаходилася в спокійному розслабленому стані, то закономірним є саме паралельне збільшення спектральної потужності альфа-ритму при одночасному збільшенні частоти ФІА НА-нейронів ГП.

Рис. 3. Схема передбачуваного взаємозв'язку частоти норадренергічних нейронів голубої плями і домінуючих частотних компонентів ЕЕГ залежно від рівня поведінкової активації. Виділена область відповідає рівням активації тварини в нашому дослідженні.

Вплив бемітилу на активність амінергічних нейронів стовбура мозку і масову електричну активність кішок у стані неспання. В експериментах на п'яти кішках вивчена дія бемітилу на активність нейронів амінергічних систем головного мозку, при його введенні реr os у дозі 50 мг/кг. У процесі досліджень була зареєстрована активність 22 ймовірно амінергічних нейронів (11 норадренергічних і 11 серотонінергічних). Контрольна серія експериментів була проведена на восьми НА-нейронах ГП і восьми СТ-нейронах ЯШ.

Вплив бемітилу на ритміку серотонінергічних нейронів ядер шва. Оскільки протягом 60 хвилинної реєстрації імпульсної активності СТ-нейронів ЯШ відхилення від фонових показників складали не більше 10 - 15 %, причому, зміни відбувалися у різних напрямах, то генерацію імпульсної активності СТ-нейронами у межах контрольних часових інтервалів можна вважати фактично стаціонарною (рис. 4). Проте динаміка частоти розрядів імовірно СТ-нейронів після перорального введення бемітилу зазнавала значних змін. У початковий період часу такі відхилення не були статистично достовірними в результаті значної варіабельності змін у окремих кліток. Починаючи з 30-ї хв., спостерігалось виразне тривале підвищення частоти розрядів СТ-нейронів, яке зберігалося до кінця періоду нагляду, причому в період 45-60 хв. дані відхилення в середньому за групою були статистично достовірними (р< 0.05). На 45-й хв. після введення препарату виявлявся значний приріст активності СТ-нейронів ЯШ - у середньому більш ніж в півтора разу, причому у деяких нейронів частота імпульсації зростала удвічі.

Моменти введення бемітилу або плацебо реr os відповідають нульовому моменту часу. По осі абсцис - час відведення, хв.; по осі ординат - нормовані значення частоти імпульсної активності % (за 100 % прийнятий початковий рівень імпульсної активності), усереднені в межах групи. Зірочками відзначені випадки достовірних відмінностей від контролю (P<0.05).

Вплив бемітилу на ритміку норадренергічних нейронів голубої плями. У контролі частота фонової імпульсної активності нейронів ГП протягом всього часу реєстрації (60 хв.) статистично значущо не відхилялася від початкових значень (рис. 5).

Рис. 4. Динаміка активності серотонінергічних нейронів ядер шва у кішок в стані неспання в контролі (1) і після введення бемітилу (2).

Проте вже через п'ять хвилин після введення бемітилу частота розрядів всіх досліджених нейронів ГП статистично значущо (р<0.05) зменшувалася. У середньому по групі її значення знижувалися до 60 % початкової величини частотних характеристик імпульсної активності НА-нейронов ГП. Лише до кінця спостереження відзначалася деяка тенденція до відновлення частоти розрядів цих нейронів.

Рис. 5. Динаміка активності дослідженої групи норадренергічних нейронів блакитної плями кішок в стані неспання в контролі (1) і після введення бемітилу (2).

Позначення такі ж, як і на рис. 4.

Падіння частоти імпульсації НА-нейронів, розраховане для всього періоду спостереження, було статистично значущим (р<0.05). Найвираженішими зміни приблизно на 45-й мін після введення препарату, коли частота активності НА-нейронів ГП знижувалася у середньому до 49.0 ± 9.4 % (у контролі 111.0 ± 9.1 %) проте у деяких нейронів падіння частоти розрядів досягало 70 % у порівнянні з початковими величинами. Протягом всього періоду дії досліджуваного препарату спостерігалося зниження поведінкової активності тварин.

Вплив бемітилу на масову електричну активність неокортексу кішок в стані неспання. Для вивчення динаміки зміни показників масової електричної активності мозку нами був вибраний контралатеральний за відношенням до розташування канюлі локус відведення ЕЕГ. Варто зазначити, що при іпсілатеральному відведенні ЕЕГ картина змін всіх частотних складових в умовах дії бемітилу була схожою, але менш вираженою.

Аналіз показав, що введення бемітилу приводило до деяких флуктуацій спектральних потужностей альфа-, бета- і гамма-компонентів ЕЕГ, але загалом достовірних відхилень потужностей цих частотних компонентів електричної активності неокортексу від контролю не відбувалося.

Що ж до низькочастотних ритмів ЕЕГ, то починаючи з п'ятої хвилини і протягом всього періоду спостереженняспектральна потужність дельта-активності ЕЕГ знижувалася (в середньому по групі приблизно до 72-80 % від початкової величини) рис. 6.

Статистичний аналіз динаміки змін тета-активності дозволив виявити значущі (р<0.05) зміни лише на п'ятій (103.0 ± 15.7 % - контроль і 91.0 ± 10.2% - досвід) і 10-й (98.0 ± 16.8 % і 88.1 ± 9.0 %) мін дії (мал. 7); в решті часу ж виявлялася лише тенденція до зниження спектральної потужності цього ритму щодо контролю.

У справжньому дослідженні знайдені диференційовані впливи бемітилу на НА- і СТ-нейрони стовбура мозку кішки, обумовлені введенням бемітилу реr os Дія даного препарату приводить до протилежно направлених змін активності вказаних нейронів амінергічних систем: спостерігається пригнічення розрядів НА-ергічних клітин, тоді як у СТ-нейронів протягом певних часових інтервалів імпульсация посилюється. Крім того, бемітил робить помітний вплив на низькочастотні спектральні компоненти масової електричної активності кори головного мозку.

Рис. 6. Динаміка зміни спектральної потужності дельта-активності у складі ЕЕГ у кішок в стані неспання в контролі (1) і після введення бемітилу.

Рис. 7. Динаміка зміни спектральної потужності тета-активності у складі ЕЕГ у кішок в стані неспання в контролі (1) і після введення бемітилу.

Позначення такі ж, як і на рис. 4.

Відомо, що одним із шляхів дії лікарських препаратів є дія його на іонні канали мембран нервових кліток. Можна припустити, що існує й інший механізм дії бемітилу. З урахуванням молекулярної маси даного препарату і припускаючи, що вся введена його кількість всмоктувалася і рівномірно розподілялася по всій масі тіла, ми приходимо до висновку, що концентрація бемітилу в крові наших експериментальних тварин не повинна була перевищувати 3 10-4 М. Таким чином, бемітил у подібній концентрації навряд чи надавав істотну пряму дію на іонні канали мембран нервових кліток. Тому більш правдоподібним нам представляється припущення про те, що основна частина ефектів в умовах наших дослідів обумовлена його специфічною дією на НА- і СТ-рецептори нейронів.

З урахуванням вищевикладеного і одержаних нами результатів ми припускаємо, що описані вище зміни частотних характеристик імпульсації НА-нейронів ГП пов'язані із стимуляцією “коктейля” рецепторів, гальмуючих активність цих кліток; серед цих рецепторних утворень головна роль належить пресинаптичним a2-адренорецепторам. У свою чергу, активуючий вплив бемітилу на СТ-систему, можливо, пов'язаний із блокуванням 5-НТ1-рецепторів, що робить вплив на частоту розрядів СТ-нейронів і відповідно міняє виділення медіатора цими клітками.

Кореляційний взаємозв'язок частоти імпульсної активності амінергічних нейронів стовбура головного мозку і спектральних компонентів ЕЕГ при дії бемітилу. На 11 СТ-нейронах ЯШ і 11 НА-нейронах ГП проведений кореляційний аналіз, спрямований на виявлення можливих взаємозв'язків між частотою генерації імпульсної активності амінергічних нейронів стовбура мозку і масовою електричною активністю неокортексу при дії бемітилу.

Кореляційний взаємозв'язок частоти імпульсної активності серотонінергічних нейронів ядер шва і ритмів ЕЕГ при дії бемітилу. Аналізуючи активність СТ-нейронів ЯШ і спектральних компонентів масової електричної активності кори головного мозку при дії бемітилу, варто зазначити, що нами передусім виявлена перебудова кореляційних взаємостосунків між частотою імпульсної активності СТ-нейронів ЯШ, з одного боку, і потужністю спектральних компонентів масової електричної активності неокортексу, з іншого. Так після введення бемітилу нами знайдено домінування достовірних негативних кореляцій між частотними характеристиками СТ-нейронів ЯШ і спектральної потужності дельта-ритму (38 %) і тета-ритму (32 %). Вся решта кореляційних взаємозв'язків представлена на рис. 8 та ілюструє зв'язки між досліджуваними ознаками.

Рис. 8. Частка серотонінергічних нейронів ядер шва (у відсотках), які виявляють кореляційні взаємозв'язки із спектральною потужністю ЕЕГ ритмів при дії бемітилу за всією сукупністю відведень. За 100% прийнята загальна кількість нейронів (N = 11 нейронів)

Кореляційний взаємозв'язок частоти імпульсної активності норадренергічних нейронів блакитної плями і ритмів ЕЕГ при дії бемітилу. Статистичний аналіз кореляційних взаємозв'язків між частотними характеристиками імпульсної активності НА-нейронів ГП і різними спектральними компонентами масової електричної активності неокортексу за всією сукупністю відведень показав, що введення бемітилу приводить до перебудови взаємостосунків між відзначеними показниками.

Цікавим фактом даного дослідження при дії бемітилу є виявлення перебудови кореляційних зв'язків між частотою генерації імпульсів НА-нейронів ГП і спектральної потужності альфа-ритму. Так, на відміну від початкових позитивних кореляційних зв'язків при дії бемітилу між відзначеними показниками спостерігається домінування негативного достовірного кореляційного взаємозв'язку. Окремо варто відзначити, що достовірні кореляції між частотою імпульсної активності НА-нейронов ГП і спектральною потужністю бета-ритму склали (позитивні і негативні випадки) - однакову кількість процентних відношень - 38 %, рис. 9. Вся решта кореляційних взаємозв'язків представлена на рис. 9, ілюструючі зв'язки між досліджуваними ознаками.

Рис. 9. Частка норадренергічних нейронів блакитної плями (у відсотках) виявляючих кореляційні взаємозв'язки із спектральною потужністю ЕЕГ ритмів при дії бемітилу за всією сукупністю відведень. За 100 % прийнята загальна кількість нейронів (N = 11 нейронів).

У ході дослідження виявлено, що при дії бемітилу відбувається перебудова кореляційних взаємодій між частотними характеристиками імпульсної активності аминергічних нейронів ЯШ і ГП і потужності ритмів масової електричної активності кори головного мозку. Такі кореляційні перебудови представлені на рис. 10, 11.

Рис. 10. Схема зміни переважаючих кореляційних взаємозв'язків частоти імпульсної активності норадренергічних нейронів блакитної плями і спектральних компонентів ЕЕГ: фонові показники і їх зміни при дії бемітилу.

Рис. 11. Схема зміни переважаючих кореляційних взаємозв'язків частоти імпульсної активності серотонінергічних нейронів ядер шва і спектральних компонентів ЕЕГ: фонові показники і їх зміни при дії бемітилу.

Зіставлення наявних даних про психофармакологічний профіль бемітилу з даними справжньої роботи дозволяють стверджувати, що даний препарат у використаному дозуванні не тільки виявляє транквілізуючі впливи (зменшення тривоги і емоційної напруги, поведінкове розслаблення при мінімумі седативних ефектів), але і наділений “м'якою” психостимулюючою дією, про що свідчать зміни масової електричної активності головного мозку. Одним із вірогідних механізмів, які опосредковують модифікації ЕЕГ під впливом бемітилу, є дія даного препарату на норадренергічні і серотонінергічні нейронні механізми стовбура мозку.

нервовий бемітил імпульсний нейрон

Висновки

За допомогою комплексного методу аналізу, який включає паралельне відведення імпульсної активності нейронів і реєстрацію ЕЕГ, були знайдені, і приведені в дисертації дані про кореляційні взаємозв'язки частоти фонової імпульсної активності нейронів аминергічних (серотонінергічної і норадренергічної) систем стовбура мозку з потужністю спектральних компонентів (ритмів) ЕЕГ. Також показаний характер дії психофармакологічного агента бемітилу на ритміку серотонінергічних і норадренергічних нейронів і масову електричну активність неокортексу. Виявлені перебудови кореляційних зв'язків між частотою імпульсної активності аминергічних нейронів і потужністю ритмів ЕЕГ при дії бемітилу.

1.Вираженість спектральних компонентів поточної ЕЕГ, реєстрованої у не наркотизованих кішок в стані неспання, певним чином корелює з частотою фонової імпульсної активності окремих нейронів амінергічних систем стовбура мозку (норадренергічний - нейрони блакитної плями, і серотонінергічний - нейрони ядер шва).

Кореляції спектральної потужності різних ритмів ЕЕГ із рівнями імпульсної активності норадренергічних і серотонінергічних нейронів виявляють певну специфіку: переважають позитивні кореляції. Частота фонової імпульсної активності норадренергічних нейронів найбільш значущо корелювала з потужністю б-компонентів ЕЕГ (залежно від місця відведення коефіцієнт кореляції r складав від +0.26 до +0.53). Частота імпульсної активності серотонінергічних нейронів була найбільш тісно пов'язана з потужністю в-компонентів ЕЕГ (залежно від локуса відведення r варіював від +0.23 до +0.68).

Пероральне введення бемітилу в дозі 50 мг/кг диференційовано впливало на імпульсну активність норадренергічних і серотонінергічних нейронів стовбура мозку. Під впливом бемітилу активність більшості норадренергічних кліток (85%) істотно пригнічувалася протягом всього досліджуваного періоду, тоді як імпульсація серотонінергічних нейронів протягом певних часових інтервалів (5-10 і 30-60 хв. після введення препарату) посилювалась.

Основним ефектом введення бемітилу відносно масової електричної активності мозку було зменшення вираженості високоамплітудних низькочастотних коливань у складі ЕЕГ (відповідних д- і и-активності, 1-7 Гц) протягом всього досліджуваного періоду.

Введення бемітилу приводило до певної перебудови кореляційних відносин між рівнями активності амінергічних нейронів стовбура мозку і характеристиками ЕЕГ. Під впливом цього препарату виявлялися негативні кореляційні зв'язки між частотою імпульсації серотонінергічних нейронів ядер шва і потужністю д- і и-ритмів ЕЕГ. Спектральна потужність б -ритму починала негативно корелювати з частотою імпульсної активності норадренергічних нейронів блакитної плями.

Зіставлення наявних даних про психофармакологічний профіль бемітилу з даними справжньої роботи дозволяють стверджувати, що даний препарат у використаному дозуванні не тільки виявляє транквілізуючі впливи (зменшення тривоги і емоційної напруги, поведінкове розслаблення при мінімумі седативних ефектів), але і має “м'яку” психостимулюючу дію, про що свідчать зміни масової електричної активності головного мозку. Одним із вірогідних механізмів, які опосредковують модифікації ЕЕГ під впливом бемітилу, є дія даного препарату на норадренергічні і серотонінергічниінейронні механізми стовбура мозку.

Список опублікованих за темою дисертації робіт

1. Колотилова О.И., Павленко В.Б. Поведенческие и биоэлектрические корреляты деятельности аминергических систем и возможное действие на них психостимулирующего вещества - бемитила // Ученые записки Таврического национального университета им.В.И.Вернадского.Серия “Биология, химия”. - 2004. - Т. 17 (56), №1. - С. 35-41. (Особистий внесок автора полягає у самостійному вивченні і узагальненні літературних даних щодо висвітленої проблеми, та виробленні теоретичних і практичних висновків).

2. Колотилова О.И., Павленко В.Б., Коренюк И.И., Куличенко А.М., Фокина Ю.О. Взаимосвязь активности нейронов аминергических систем головного мозга и ритмов ЭЭГ у кошки // Ученые записки Таврического национального университета им.В.И.Вернадского.Серия “Биология, химия”. - 2005. - Т.18 (57), №1. - С. 131-137. (Особистий внесок автора полягає у самостійному вивченні і узагальненні літературних даних, підготовці та проведені експериментальної частини, статистичної обробки даних, а також у сумісній із співавторами підготовці публікації за означеною темою та теоретичному обговоренні отриманих даних).

3. Колотилова О. И., Павленко В. Б., Куличенко А. М., Коренюк И. И., Фокина Ю. О. Влияние бемитила на активность норадренергических и серотонинергических нейронов ствола мозга и ЭЭГ бодрствующих кошек // Нейрофизиология / Neurophysiology.-2005.-37, № 3.-С.235-243. (Особистий внесок автора полягає у самостійному вивченні і узагальненні літературних даних, підготовці та проведені експериментальної частини, а також статистичнії обробці даних та теоретичному обговоренні отриманих даних).

4. Колотилова О.И., Куличенко А.М., Фокина Ю.О., Павленко В.Б. Влияние стволовых структур головного мозга на паттерн массовой электрической активности бодрствующих кошек. // Ученые записки Таврического национального университета им.В.И.Вернадского.Серия “Биология, химия”. - 2005. - Т. 18 (57), №2. - С.34-42. (Особистий внесок здобувача полягає у тому, що здобувачем виконано експериментальне дослідження, аналіз літературного і експериментального матеріалу, статистична обробка одержаних результатів, узагальненні результатів та висновків).

5. Колотилова О.И., Куличенко А.М. Взаимосвязь активности нейронов аминергических систем головного мозга и ритмов электроэнцефалограммы у кошки: // Матеріали ІІІ Международної конференції Украинского общества нейронаук - Донецк, 2005 // Нейронауки: теоретичні та клінічні аспекти. - 2005. - Т.1, №1. - С. 51-52. (Особистий внесок автора полягає у самостійному вивченні і узагальненні літературних даних, підготовці та проведені експериментальної частини, статистичної обробки даних).

6. Колотилова О.И., Фокина Ю.О. Влияние бемитила на аминергические системы мозга и электроэнцефалограмму бодрствующих кошек // Матеріали ІІІ Международної конференції Украинского общества нейронаук - Донецк, 2005 // Нейронауки: теоретичні та клінічні аспекти. - 2005. - Т.1, №1. - С. 52. (Особистий внесок автора полягає у самостійному вивченні і узагальненні літературних даних, підготовці та проведені експериментальної частини, статистичній обробці даних, а також у сумісній із співавторами підготовці публікації за означеною темою, та теоретичному обговоренні отриманих даних).

7. А.С., Комп'ютерна програма для рівночасного запису і аналізу електроенцефалограми та нейронної активності у ссавців / Нейрон - ЕЕГ, № 14365 / Україна / Зінченко Є.М., Колотілова О.І., Куличенко О.М. - Опубл. 13.10.2005.

Размещено на Allbest.ru