Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы
1.1. Фосфолипиды ЦНС: структура, содержание, биологические функции 10
1.2. Нейрохимическая асимметрия мозга: исходная, патологическая, фармакологическая 20
1.3. Нейрохимические механизмы стресса 29
1.4. Окислительный метаболизм мозга: роль перекисного
окисления липидов ЦНС в норме и в механизмах стресса 36
1.5. Нейрохимические механизмы гипоксии 44
1.6. Фармакологическая коррекция гипоксии головного мозга 49
ГЛАВА 2. Материалы и методы исследования 54
2.1. Животные 54
2.2. Вещества 54
2.3. Унилатеральное повреждение головного мозга крыс 54
2.4. Иммобилизационный стресс 55
2.5. Водно-иммерсионный стресс 55
2.6. Гипербарическая оксигенация 55
2.7. Экспериментальный инфаркт миокарда 56
2.8. Приготовление гомогенатов тканей головного и спинного мозга крыс 57
2.9. Выделение фракции синаптосом из ткани мозга крыс 57
2.10. Выделение фракции общих фосфолипидов из головного мозга крыс 58
2.11. Разделение фосфолипидов на отдельные классы методом двумерной тонкослойной микрохроматографии 59
2.12. Приготовление силикагеля для микропластинок 62
2.13. Количественное определение содержания общих и отдельных классов фосфолипидов 62
2.14. Определение содержания малонового диальдегида 63
2.15. Определение содержания гидроперекисей в синаптосомах 64
2.16. Определение уровня индуцированного ПОЛ 64
2.17. Определение содержания креатинфосфата 65
2.18. Определение активности креатинкиназы 66
2.19. Определение содержания белка 67
2.20. Статистическая обработка результатов 67
ГЛАВА 3. Результаты исследований 68
3.1. Асимметрия фосфолипидов в моторных отделах головного и спинного мозга крыс 68
3.2. Асимметрия фосфолипидов при унилатеральном повреждении головного мозга у крыс 70
3.3. Межполушарная асимметрия фосфолипидов и ПОЛ при иммобилизационном стрессе у крыс 76
3.4. Межполушарная асимметрия фосфолипидов и системы креатинкиназакреатинфосфат при водно-иммерсионном стрессе у крыс 83
3.5. Межполушарная асимметрия фосфолипидов и ПОЛ при гипербарической оксигенации у крыс 86
3.6. Межполушарная асимметрия фосфолипидов при экспериментальном инфаркте миокарда у крыс 90
3.7. Межполушарная асимметрия фосфолипидов при действии ИЭМ-1660 94
3.8. Антиоксидантные свойства ИЭМ-1660 и сс-токоферола при индуцированном ПОЛ. 99
3.9. Эффекты ИЭМ-1660 на межполушарную асимметрию фосфолипидов и ПОЛ при иммобилизационном стрессе 101
3.10. Эффекты ИЭМ-1660 на динамику межполушарной асимметрии фосфолипидов при экспериментальном инфаркте миокарда 105
3.11. Эффекты винпоцетина на межполушарную асимметрию фосфолипидов и системы креатинкиназа-креатинфосфат при водно-иммерсионном стрессе 109
3.12. Эффекты экзогенной супероксиддисмутазы и ингибитора на межполушарную асимметрию фосфолипидов и ПОЛ при гипербарической оксигенации 112
Обсуждение результатов 118
Заключение 135
Выводы 136
Список литературы 138
- Нейрохимическая асимметрия мозга: исходная, патологическая, фармакологическая
- Разделение фосфолипидов на отдельные классы методом двумерной тонкослойной микрохроматографии
- Асимметрия фосфолипидов при унилатеральном повреждении головного мозга у крыс
- Эффекты винпоцетина на межполушарную асимметрию фосфолипидов и системы креатинкиназа-креатинфосфат при водно-иммерсионном стрессе
Введение к работе
Актуальность проблемы. Изучение фундаментальных основ высшей нервной деятельности является актуальной медико-биологической задачей. Настоящая работа посвящена изучению базисных свойств мозга, одним из которых является асимметрия полушарий. Изучение этой проблемы необходимо для понимания механизмов адаптации, патогенеза психических заболеваний и прогнозирования эффектов нейротропных средств.
К настоящему времени накоплены данные, свидетельствующие о существовании морфологических, нейрохимических и функциональных различий между полушариями мозга (Geschwind, Galaburda, 1985; Galaburda et al., 1986; Springer, Deutsch, 1991; 1998; Gur et al., 1999). Так, в различных отделах мозга обнаружено асимметричное распределение свободных аминокислот, нейромедиаторов, рецепторов ацетилхолина, дофамина, ГАМК и т.д. (Amaducci et al., 1981; Glick, 1982; Рахимов и др., 1989; Springer, Deutsch, 1991; Pediconi et al., 1993; Guarneri et al., 1998; Neveu et al., 1998; Larish et al., 1998). Показана асимметрия метаболизма глюкозы, N-ацетиласпарата, креатина, фосфокреатина, холина, инозитола (Willis et al., 2002; Jayasundar, 2002). В последние годы установлено, что развитие шизофрении, эпилепсии, болезни Паркинсона сопровождается формированием патологической асимметрии мозга. Предполагается также, неравное участие полушарий мозга в механизмах адаптации и в реализации эффектов лекарственных веществ. Однако, нейрохимические аспекты этого вопроса практически не исследованы. В то же время достижения в области физиологии и биохимии липидов свидетельствуют о том, что адаптация, энергетический обмен и метаболизм липидов теснейшим образом взаимосвязаны (Крепе, 1981; Панин, 1983; Аврова, 1999; Курашвили, Васильков, 2003). Согласно современным представлениям, структурные, энергетические и биоэффекторные функции липидов связывают воедино все стороны клеточного метаболизма и обеспечивают целостность адаптационных реакций организма (Дятловицкая, Безуглов, 1998). Однако
6 систематизированных исследований липидного обмена отдельных полушарий мозга до настоящего времени не проводилось.
Целью настоящей работы являлся анализ межполушарной асимметрии фосфолипидов при адаптации к различным типам стресса, формировании внутрицентральных связей и действии экзогенных антиоксидантов и антигипоксантов.
В задачи исследования входило:
Изучение содержания и состава фосфолипидов (фосфатидилсерии, фосфатидилинозитол, сфингомиелин, фосфатидилэтаноламин, фосфатидилхолин) в симметричных структурах моторных отделов головного и спинного мозга крыс в норме и при одностороннем повреждении сенсомоторной коры.
Изучение содержания и состава синаптосомальных фосфолипидов левого и правого полушарий мозга крыс в норме и при различных типах стресса (иммобилизация, водно-иммерсионный стресс, экспериментальный инфаркт миокарда, гипербарическая оксигенация).
Изучение межполушарной асимметрии синаптосомальных фосфолипидов и перекисного окисления липидов (малоновый диальдегид, диеновые и триеновые коньюгаты) при действии экзогенных антиоксидантов (ингибитор NO-синтазы, СОД) и антигипоксантов - винпоцетина (производное аповинкамовой кислоты) и ИЭМ-1660 (производное таурина) при иммобилизационном стрессе и гипербарической оксигенации у крыс.
Изучение межполушарной асимметрии системы креатинкиназа-креатинфосфат в норме, при водно-иммерсионном стрессе и действии винпоцетина у крыс.
Изучение эффектов ИЭМ-1660 на межполушарную асимметрию синаптосомальных фосфолипидов и перекисного окисления липидов при иммобилизационном стрессе и экспериментальном инфаркте миокарда у крыс.
6. Изучение антиоксидантного действия а-токоферола и ИЭМ-1660 в условиях индуцированного перекисного окисления синаптосомальных липидов левого и правого полушарий мозга крыс. Научная новизна. В настоящей работе впервые показано, что существует межполушарная асимметрия мозга на уровне синаптосомальных фосфолипидов, отдельных классов фосфолипидов, перекисного окисления липидов и системы креатинкиназа-креатинфосфат. Показано, что у крыс коррелятом моторной асимметрии является одностороннее преобладание фосфолипидов в соответствующих моторных отделах головного и спинного мозга. При одностороннем повреждении сенсомоторной коры возникает латеральный дефицит фосфолипидов в нижележащих отделах головного и спинного мозга крыс, который исчезает в ходе компенсаторно-восстановительных перестроек в посттравматический период. Показано, что исходная асимметрия фосфолипидов головного мозга крыс изменяется в зависимости от типа стресса: психоэмоциональный стресс (иммобилизация, водно-иммерсионный стресс) сопровождается правополушарной асимметрией фосфолипидов, инфаркт миокарда - левополушарной, а одностороннее повреждение мозга - контралатеральной. Установлена значительная лабильность окислительно-восстановительных ресурсов и энергетического метаболизма левого полушария и устойчивость правого. Показана нейрохимическая латерализация эффектов антигипоксантов (винпоцетин, ИЭМ-1660) и антиоксидантов (L-NAME, СОД). При этом латерализация эффектов антигипоксантов и антиоксидантов во многом определяются типом стрессорного воздействия.
Научно-практическое значение работы. Полученные данные вносят вклад в развитие таких фундаментальных областей медико-биологической науки, как межполушарная асимметрия мозга, центральные механизмы адаптации и устойчивости к стрессу, фармакология антигипоксантов. Проведенные исследования состава фосфолипидов при различных типах стресса расширяют представления об адаптационных функциях отдельных классов
фосфолипидов и механизмах действия антигипоксантов. Впервые показанные нейрохимические корреляты латеральных эффектов антигипоксантов (винпоцетин, ИЭМ-1660) представляют теоретический и клинический интерес. В частности, латерализация эффекта нового препарата ИЭМ-1660 позволяет уточнить и расширить спектр его показаний. Кроме того, получены корреляты стрессорного, травматического и постинфарктного повреждения мозга, которые могут быть использованы для диагностики и мониторинга заболеваний. Полученные данные о межполушарных различиях окислительного-восстановительных ресурсов и энергетического метаболизма мозга представляют практический интерес для разработки стратегии эффективной антиоксидантной терапии при экстремальных состояниях. В свете полученных данных представляется целесообразным рассмотрение патогенеза целого ряда центральных и висцеральных патологий с позиции нарушения нейрохимической асимметрии мозга, что требует разработки новых подходов к фармакотерапии. Так, при стрессорных повреждениях мозга рациональная фармакотерапия должна быть направлена на устранение левополушарного дефицита фосфолипидов, в то время как комплексная терапия инфаркта миокарда должна включать средства, снижающие правополушарную асимметрию мозга.
Основные положения, выносимые на защиту.
Нейрохимическая асимметрия полушарий мозга существует на уровне синаптосомальных фосфолипидов, отдельных классов фосфолипидов, перекисного окисления липидов и системы креатинкиназа-креатинфосфат. Она имеет место в норме, изменяется в условиях стресса и при действии антигипоксантов и антиоксидантов.
Неравный вклад полушарий в механизмы адаптации мозга выражается в значительной лабильности окислительно-восстановительных ресурсов и энергетического метаболизма левого полушария и устойчивости правого.
В стратегии антиоксидантной терапии при экстремальных состояниях необходимо учитывать зависимость эффектов антиоксидантов и
антигипоксантов в отношении метаболизма фосфолипидов от типа
стрессорного воздействия. Личный вклад диссертанта. Экспериментальные исследования, интерпретация результатов и публикации выполнены соискателем самостоятельно.
Апробация работы. Результаты исследований представлены на научных конференциях: 12th Meeting of the European Society for Neurochemistry (19-24 July 1998, St-Petersburg,), 24th Annual Meeting of the European Underwater Baromedical Society on Diving and Hyperbaric Medicine (12-15 August 1998, Stockolm), 9th International Congress of the Czech and Slovak Neurochemical Society (6-10 September 1998, Martin, Slovak Republic), 17 съезде Всероссийского физиологического общества им. И.П. Павлова (30 июня-5июля 1998, Ростов-на-Дону, Россия), International Taurine Symposium «Taurine and Excitable Tissues 1999» (4-8 August 1999, Certosa di Pontignano, Siena, Italy), Всероссийской научной конференции с международным участием «Актуальные проблемы экспериментальной и клинической фармакологии» (2-5 июня 1999, Санкт-Петербург, Россия), на научных заседаниях Отдела нейрофармакологии им. СВ. Аничкова НИИЭМ РАМН (2001, 2003), The 6th Biennial Meeting of the Asian-Pacific Society for Neurochemistry (4-7 February 2004, Hong Kong, China).
Публикации. Результаты диссертации опубликованы в 3 статьях и 7 тезисах. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 161 странице машинописного текста, иллюстрирована 56 рисунками, содержит 11 таблиц и состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, а также заключения, выводов и списка цитированной литературы, включающего 236 источников, из которых 95 отечественных и 141 иностранных.
Нейрохимическая асимметрия мозга: исходная, патологическая, фармакологическая
Как известно, головной мозг является парной структурой. В основе его строения лежит билатеральная симметрия полушарий (Вартанян, Клементьев, 1988). Однако анатомическая симметрия левого и правого полушарий не означает их полной идентичности. Многочисленными исследованиями установлены морфологические (Geschwind, Galaburda, 1985; Galaburda et al., 1986; Gur et al., 1999), нейрохимические, функциональные (Springer, Deutsch, 1991; 1998) и фармакологические (Frumkin, Grim, 1981; Максимович и др., 1985) различия (асимметрии) полушарий.
Одним из направлений в исследовании нейрохимической асимметрии мозга является изучение исходных различий полушарий. К настоящему времени выявлены межполушарные различия для широкого спектра нейрохимических субстратов. Так, в различных образованиях мозга (кора, гипоталамус, средний мозг) установлена асимметрия распределения пула свободных аминокислот с преобладанием их содержания в левом полушарии по сравнению с симметричными структурами правого (Рахимов и др., 1989).
Межполушарная асимметрия обнаружена для различных ферментных систем. Исследование активности холинацетилтрансферазы, ключевого фермента синтеза ацетилхолина, в первичной височной извилине (область Бродманна 22) мозга плода и взрослого человека показало ее доминирование соответственно в правом и в левом полушарии (Bracco et al., 1984). В левом полушарии головного мозга крыс и человека выявлен более высокий уровень холинэстеразнои и моноаминоксидазнои активности в двигательной коре (Кононенко, 1979; 1980), холинацетилтрасферазной активности в височной коре (Amaducci et al., 1981), в бледном шаре, в стриатуме (Glick, 1982; Koostro et al., 1988) по сравнению с правым полушарием. Левостороннее преобладание в полушариях головного мозга крыс также показано для активности ряда ферментов окислительного метаболизма (флавиновых и НАД-зависимых дегидрогеназ, цитохром С оксидазы) (Максимович и др., 1985).
Неравномерное распределение в полушариях установлено для основных нейромедиаторов ЦНС. Количественное преобладание норадреналина выявлено в двигательной коре (Кононенко, 1979), в коре мозга (Реберг, 1992), в обонятельных луковицах (Dluzen et al., 1996), в подушке таламуса (Оке, 1978) левого полушария, и напротив, в гиппокампе (Реберг и др., 1992), в области соматосенсорного входа таламуса (Оке, 1978), в коре мозга (Кругликова и др., 1991) - в правом полушарии. Однако в целом содержание этого медиатора все-таки преобладает в правом полушарии (Заика, Громов, 1987; Springer, Deutsch, 1991) по сравнению с левым. Данные литературы о межполушарной асимметрии дофамина противоречивы. По сведениям одних исследователей его содержание выше в бледном шаре левого полушария (Koostro et al., 1988), в левом полушарии в целом (Springer, Deutsch, 1991), по данным других - в коре правого полушария (Nowak, 1989) и в правом полушарии в целом (Зайка и др., 1987). Установлена асимметрия активности ГАМКергической системы в стриатуме головного мозга крыс с ее доминированием слева в пресинаптических терминалях и справа - в постсинаптических (Guaneri et al., 1985). При этом более высокое содержание ГАМК выявлено в левом полушарии (Glick et al., 1982; Cemacek, 1989). Проведенные после смерти исследования показали преимущественно правостороннее накопление (правосторонняя латерализация) метаболитов серотонина в полушариях мозга человека (Arato et al., 1991).
Межполушарная асимметрия установлена в распределении рецепторов различных нейромедиаторов. Оказалось, что концентрация рецепторов дофамина (Д1 - на 24%, Д2 - на 31%) выше в правой коре по сравнению с левой (Nowak, 1989). В стриатуме и лимбических структурах такой латерализации обнаружить не удалось. Однако по данным других исследователей, в стриатуме мозга человека обнаружено правостороннее преобладание Д2 рецепторов дофамина (Larish et al., 1998), в стриатуме мозга крыс - левостороннее (Schneider et al., 1982). В коре, гиппокампе, стриатуме и в полушарии в целом выявлено левостороннее преобладание рецепторов ГАМК, в таламусе - правостороннее (Guarneri et al., 1988). Сходные различия были найдены у новорожденных крыс. По мнению авторов, это может свидетельствовать о генетической детерминации асимметрии рецепторов ГАМК. Правополушарное доминирование показано в концентрации мускариновых рецепторов ацетилхолина (Pediconi et al., 1993). Асимметричным оказалось распределение подтипов (Ml) мускариновых рецепторов. В условиях нормы содержание Ml рецепторов ацетилхолина было на 50% выше в правом полушарии по сравнению с левым. Установлено, что продолжительная стимуляция карбахолином вызывает снижение концентрации мускариновых рецепторов на 44% в правом и на 25% в левом полушарии по сравнению с контролем (Pediconi et al., 1993). Предполагается что, это отражает более высокий уровень down-регуляции мускариновых рецепторов в правой коре, чем в левой. Выявлено преобладание рецепторов минералокортикоидов в гиппокампе правого полушария и симметричное распределение рецепторов глюкокортикоидов в полушариях мозга (Neveu et al., 1998). Установлена левосторонняя асимметрия субьединицы эпсилон 2 NMDA рецепторов в синаптосомах гиппокампа головного мозга мышей, что, по мнению авторов, может указывать на различие свойств NMDA рецепторов правой и левой зон гиппокампа (Kawakami et al., 2003). Левостороннее преобладание бензодиазепиновых рецепторов показано в слуховой коре мозга человека (Morand et al., 2001).
Методом позитронно-эмиссионной томографии обнаружена асимметрия интенсивности регионарного метаболизма глюкозы в разных структурах (фронтальная и височная область, таламус, мозжечок, бледный шар и т.д.) мозга человека (Willis et al., 2002).
Магнитно-резонансные исследования мозга человека показало неравномерное распределение ряда важнейших клеточных метаболитов (N-ацетиласпартат, креатин, фосфокреатин, холин, инозитол) во фронтальной, височной, затылочной, теменной областях, таламусе и мозжечке (Jayasundar, 2002; Nagae-Poetscher et al., 2004).
Разделение фосфолипидов на отдельные классы методом двумерной тонкослойной микрохроматографии
Состав фосфолипидов в полученных липидных экстрактах анализировали методом двумерной тонкослойной микрохроматографии высокого разрешения (Svetashev, 1972). Для разделения использовали две системы растворителей: 1-я система растворителей — хлороформ — метанол -28 процентный аммиак (65 : 35 : 5), 2-я система - хлороформ - метанол -ацетон - уксусная кислота - вода (50 : 10 : 20 : 10 : 5) (Rouser et al., 1966). Разделение проводили на стеклянных пластинках (6x6 см), покрытых слоем силикагеля с размером частиц 5-10 мкм (способ получения силикагеля описан ниже). На каждую пластинку наносили 1 мл суспензии силикагеля следующего состава: 210 мг силикагеля, 21 мг (10 % массы силикагеля) гипса, 1 мл дистиллированной воды. Смесь предварительно перемешивали на магнитой мешалке в течение 30 мин, отбирали автоматической пипеткой аликвоту адсорбента и наносили на пластинку. Пластинки высушивали на специальном столике с ровной горизонтальной поверхностью на воздухе. Непосредственно перед хроматографированием пластинки активировали в термостате при ПО в течение 15 мин. Липидный экстракт наносили гамильтоновским шприцом в виде небольшого пятна или узкой полоски в правом нижнем углу на расстоянии 1 см от нижнего края пластинки из расчета 2 мкг Рн в объеме 2-5 мкл хлороформного раствора липидов. После выпаривания растворителя пластинку помещали в хроматографическую камеру с 1-й системой растворителей. Камеры предварительно насыщали парами растворителей в течение 30 мин (для лучшего насыщения стенки камеры обкладывали фильтровальной бумагой). При достижении фронта растворителей верхнего края пластинки, ее продолжали выдерживать еще 10 мин в камере для более четкого разделения фосфолипидов. Затем пластинку извлекали и высушивали в вытяжном шкафу 20-30 мин. После этогоповорачивали на 90 по часовой стрелке и помещали ее в камеру со второй системой растворителей. При достижении фронта растворителя верхнего края пластинки ее вынимали, высушивали и помещали в камеру насыщенную парами йода. Проявившиеся желто-коричневые пятна, соответствующие отдельным классам фосфолипидов, обводили иглой. Пятна снимали для количественного определения Рн (фосфор неорганический). Для идентификации проводили цветные реакции с использованием специфических проявителей: нингидрин - для аминосодержащих фосфолипидов (фосфатидилсерин, фосфатидилэтаноламин), реактив Драгендорфа - для холиносодержащих фосфолипидов (сфингомиелин, фосфатидилхолин).
Гранулированный силикагель КСК (Воскресенский химический завод) перемалывали в шаровой мельнице в течение 5 часов. После этого силикагель фракционировали. Для этого 1000 г измельченного сорбента переносили в банку высотой 30 см и диаметром 30 см, заливали дистиллированной водой так, чтобы столб воды над силикагелем составлял 23-25 см и тщательно перемешивали. Через 45 мин надосадочную жидкость сливали в такую же банку и отстаивали 2 часа. Надосадочную жидкость снова сливали. Полученный осадок содержал частицы размером 5-10 мкм. Силикагель сушили в термостате при температуре 80 в течение двух суток.
Содержание общих и отдельных классов фосфолипидов оценивали по количеству липидсвязанного неорганического фосфора (Рн) по методу Васьковского (Vaskovsky et al., 1975). В основе метода лежит реакция взаимодействия Р„ с молибдатом натрия (NaMo04 2Н20), при этом образуется фосфорномолибденовая кислота, которая затем восстанавливается хлоргидратом гидразина (NH2NH2 НС1) до сложного комплексного соединения голубого цвета (молибденовая синь). Для определения содержания общих ФЛ отбирали аликвотную часть липидного экстракта, помещали в пробирки из термостойкого стекла и оставляли для упаривания растворителя на воздухе. К остатку добавляли 0,140 мл 57 процентной хлорной кислоты (НСЮД после чего пробирки нагревали в алюминиевом блоке при 180-200 в течение 20-30 мин. После охлаждения пробирок в ледяной воде проводили цветную реакцию: добавляли 2,4 мл рабочего реактива (приготовленного на основе универсального реагента), смесь тщательно перемешивали и нагревали 15 мин на кипящей водяной бане для развития голубого окрашивания. После охлаждения фотометрировали при нм на спектрофотометре Specol (Германия). В качестве холостой пробы брали аликвоту растворителя. Для приготовления универсального реагента раствор солянокислого гидразина (400 мг) в 4 N НС1 (14 мл) и молибдата натрия (10 г) в 4 N НС1 (60 мл) смешивали и нагревали в течение 20 мин на кипящей водяной бане, после охлаждения добавляли 14 мл концентрированной H2SO4 и доводили объем смеси до 100 мл дистиллированой водой. Для приготовления рабочего реактива раствор 1 N серной кислоты (48 мл) смешивали с 4 мл универсального реактива и доводили полученную смесь дистиллированной водой до объема 100 мл. Для определения содержания Рн в пятнах, полученных при микро-ТСХ, их переносили в термопробирки и проводили описанные выше процедуры. Перед фотометрированием силикагель осаждали центрифугированием при 2000 g в течение 10 мин и измеряли оптическую плотность надосадочной жидкости. В качестве холостой пробы служила чистая зона силикагеля. Количество Рн в липидных аликвотах и в пятнах фосфолипидов рассчитывали по оптической плотности проб и стандартных растворов однозамещенного фосфата калия К2НРО4. Содержание общих фосфолипидов в гомогенатах мозга крыс выражали в мг ФЛ/г влажной ткани, во фракции синаптосом - в мг ФЛ/мг белка (при переводе мкг Рн в мг фосфолипидов использовали расчетный коэффициент 25). Содержание индивидуальных классов фосфолипидов выражали в % от суммы общих фосфолипидов.
Асимметрия фосфолипидов при унилатеральном повреждении головного мозга у крыс
К настоящему времени накоплены данные, свидетельствующие о многочисленных нейрохимических различиях между полушариями мозга. Так, в различных отделах мозга обнаружено асимметричное распределение нейромедиаторов, активности ферментов, нейрогормонов, рецепторов, свободных аминокислот, нейропептидов, продуктов перекисного окисления липидов. Показана межполушарная асимметрия метаболизма глюкозы и ряда важных клеточных метаболитов (N-ацетиласпартат, креатин, фосфокреатин, холин, инозитол) (Willis et al., 2002; Jayasundar, 2002) (см. обзор литературы). При этом незаслуженно не учитывалась роль фосфолипидов, которые составляют структурную основу мембран, являются предшественниками вторичных мессенджеров в системе трансдукции сигнала и широкого спектра биологически активных соединений, участвуют в регуляции экспрессии генов, пролиферации, апоптозе и т.д. (см. обзор литературы). Имеются отдельные данные о преобладании свободных жирных кислот, диацилглицерола и сфингомиелина в левом полушарии. Однако систематизированных исследований содержания и состава фосфолипидов в симметричных структурах мозга до настоящего времени не проводилось. В представленной работе проведен анализ межполушарной асимметрии фосфолипидов при адаптации к различным типам стресса, формировании новых внутрицентральных связей (пластических перестройках ЦНС) и действии экзогенных антиоксидантов.
Как известно, полушария головного мозга отличаются по своей функциональной специализации - каждое полушарие осуществляет доминантный контроль определенных функций. При этом выявлены морфологические корреляты доминантных функций. Показано, что они занимают более обширные площади мозга (например, речедвигательные поля левого полушария и визуальные поля правого полушария) (Geschwind et al., 1985; Galaburda et al., 1986). Однако нейрохимическая основа функциональных специализаций полушарий остается во многом нераскрытой. Так, левое полушарие является доминантным в отношении контроля моторных функций, что, в частности, проявляется в преимущественном предпочтение правой передней конечности при осуществлении манипуляторных действий у животных и человека (90%). Относительно хорошо изучена нейрохимическая асимметрия в моторных отделах головного мозга крыс, формирование которой связано с обучением и тренингом (Иоффе и др., 2002). Вместе с тем нейрохимическая природа исходной моторной асимметрии практически не исследована.
В настоящей работе впервые показано, что в норме у беспородных крыс-самцов в симметричных структурах сенсомоторной коры, шейного и поясничного отделов спинного мозга, ответственных за моторные функции, содержание фосфолипидов существенным образом различается. Анализ литературы показал, что левополушарная асимметрия фосфолипидов в сенсомоторной коре коррелирует со сходной направленностью морфологической асимметрии. Так, многочисленными исследованиями обнаружено, что размеры моторных зон коры головного мозга обезьян и человека обширнее в левом полушарии, чем в правом (Боголепова и др., 1983; Zilles et al.; 1996; Amunts et al., 1996; Foundas et al., 1998; Volkman et al., 1998; Amunts et al., 2000; Rademacher et al., 2001; Hopkins et al., 2001). Макроструктурные исследования подтверждаются данными микроструктурного анализа мозга человека в соответствии с которыми содержание дендритов, аксонов и синапсов преобладает в моторной области левого полушария по сравнению с правым (Amunts et al., 1996). Интересно отметить, что выявленная нами билатеральная симметрия фосфолипидов в стриатуме совпадает с отсутствием морфологических различий в стриатуме головного мозга крыс и человека (Боголепова и др., 1983; Kooistra et al., 1988;). Правосторонняя асимметрия фосфолипидов в шейном отделе спинного мозга хорошо согласуется с морфометрическими данными, свидетельствующими о повышенном содержании мотонейронов в правой половине этого отдела (Melsbach et al., 1996). В то же время латерализация задних конечностей у животных практически не исследовалась. По данным большинства исследователей у людей - правшей ведущей ногой является правая (Peter, 1979; Nachsho, 1983; Dittmar, 2002), по отдельным сведениям -левая (Lyons et al., 1983). В работах других авторов четкого доминирования одной из нижних конечностей обнаружено не было - поведенческие тесты показали, что правая нога используется преимущественно для начала движения, в то время как левая - преимущественно для стабилизации позы (Gentry et al., 1995). Исходя из этого, можно полагать, что преобладание фосфолипидов в левой структуре поясничного отдела спинного мозга у крыс связано с моторной асимметрией задних конечностей, однако пока остается неясно какой, правой или левой.
Кроме того, нами установлено, что асимметрия фосфолипидов существует также на уровне фракции синаптосом полушарий головного мозга и выражается в большем содержании фосфолипидов в синаптосомах левого полушария по сравнению с правым.
Учитывая структурную роль фосфолипидов можно полагать, что обнаруженная асимметрия обусловлена морфологическими различиями полушарий (неравная разветвленность синаптических окончаний, численность нейронов). Так, имеющиеся данные свидетельствуют о более высоком проценте серого вещества в левом полушарии по сравнению с правым в головном мозге человека (Gur et al., 1999). Другим возможным объяснением межполушарной асимметрии фосфолипидов может являться отличие липидной организации синаптических мембран полушарий, выражающееся в существовании различной доли мембранных фосфолипидов. Полученные нами данные согласуются с результатами других исследователей, показавших левополушарную асимметрию содержания СФМ (Pediconi et al., 1990), диацилглицерола и свободных жирных кислот в головном мозге крыс и мышей (Pediconi et al., 1984; Ginobili de Martinez et al., 1985; 1986).
Эффекты винпоцетина на межполушарную асимметрию фосфолипидов и системы креатинкиназа-креатинфосфат при водно-иммерсионном стрессе
При изучении эффектов ИЭМ-1660 на состав фосфолипидов в первые сутки после его введения (3,5 и 24 часа) были выявлены сдвиги аминосодержащих фосфолипидов - увеличение ФС и снижение ФЭА в левом полушарии; и снижение ФЭА и увеличение ФХ в правом. Значительные изменения состава фосфолипидов обоих полушарий наблюдались к концу второй недели после курсового введения ИЭМ-1660 и выражались в повышении содержания ФИ и СФМ, а также снижении содержания ФЭА в обоих полушариях. В то же время курсовое введение ИЭМ-1660 при инфаркте миокарда восстанавливало содержание ФЭА (рис. 56) и ограничивало характерное для гипоксии повышение минорных классов фосфолипидов (Терновой и др., 1993) в обоих полушариях. Предварительное введение ИЭМ-1660 при иммобилизации устраняло сдвиги СФМ и ФЭА в левом полушарии, а также сдвиги ФХ и ФЭА в правом, что приводило к нормализации состава фосфолипидов в обоих полушариях.
Согласно современным представлениям, структурные, энергетические и биоэффекторные функции липидов обеспечивают целостность адаптационных реакций организма. Результаты наших исследований показывают, что существует межполушарная асимметрия содержания фосфолипидов и отдельных классов фосфолипидов, перекисного окисления липидов и системы креатинфосфат-креатинкиназа. Наиболее известной функциональной асимметрией мозга, является моторная, частным проявлением которой является предпочтение одной из конечностей. У крыс ее нейрохимическим коррелятом является одностороннее преобладание фосфолипидов в соответствующих моторных отделах головного и спинного мозга. Исчезновение дефицита фосфолипидов при односторонних повреждениях мозга в нижележащих отделах головного и спинного мозга крыс может служить маркером компенсаторно-восстановительных перестроек в посттравматический период. В зависимости от характера стресса происходят различные изменения исходной асимметрии фосфолипидов полушарий: так, психоэмоциональный стресс (иммобилизация, водно-иммерсионный стресс) сопровождается правополушарной асимметрией фосфолипидов, инфаркт миокарда -левополушарной, а одностороннее повреждение мозга - контралатеральной. Стресс-индуцированная асимметрия фосфолипидов отражает неравный вклад полушарий мозга в центральные механизмы адаптации. Это также выражается в значительной лабильности окислительно-восстановительного потенциала и энергетического метаболизма левого полушария и устойчивости правого. Показана нейрохимическая латерализация эффектов антигипоксантов и антиоксидантов, что существенно расширяет представления о механизмах их дейтвия. При этом эффекты винпоцетина и ИЭМ-1660, а также L-NAME и СОД во многом определялись типом стрессорного воздействия. Так, в норме ИЭМ-1660 и винпоцетин вызывали инверсию исходной асимметрии фосфолипидов и системы креатинкиназа креатинфосфат, т.е. оказывали «стрессподобное» действие. В то же время при стрессе винпоцетин и ИЭМ-1660 устраняли дефицит фосфолипидов и способствовали снижению стресс-индуцированной асимметрии фосфолипидов. Таким образом, межполушарная асимметрия фосфолипидов зависит от типа стрессорного воздействия, что открывает возможности выбора рациональной терапии центральных и висцеральных патологий. 1. Установлена исходная межполушарная асимметрия синаптосомальных фосфолипидов, перекисного окисления липидов и системы креатинкиназа-креатинфосфат головного мозга крыс. 2. Коррелятами моторной асимметрии являются одностороннее преобладание фосфолипидов в соответствующих отделах головного и спинного мозга крыс. При одностороннем повреждении сенсомоторной коры возникает латеральный дефицит фосфолипидов, который исчезает в ходе компенсаторно-восстановительных перестроек в посттравматический период. 3. В зависимости от характера стресса происходит изменение исходной асимметрии фосфолипидов: психоэмоциональный стресс (иммобилизация, водно-иммерсионный стресс) сопровождается правополушарной асимметрией фосфолипидов, инфаркт миокарда - левоправополушарной, а одностороннее повреждение мозга - контралатеральной. 4. Неравный вклад полушарий в механизмы адаптации мозга выражается в лабильности системы креатинкиназа-креатинфосфат, чувствительности левого полушария и устойчивости правого к окислительному стрессу и действию экзогенных антиоксидантов (СОД, ингибитор NO-синтазы, а-токоферол) и антигипоксантов (производное аповинкамовой кислоты -винпоцетин и производное таурина- ИЭМ-1660). 5. Эффекты антигипоксантов (винпоцетин, ИЭМ-1660) и антиоксидантов (СОД, ингибитор NO-синтазы) в отношении асимметрии фосфолипидов во многом определяются типом стрессорного воздействия. 6. Антиоксидантные свойства, способность предотвращать потери фосфолипидов и снижать индуцированную инфарктом асимметрию фосфолипидов мозга свидетельствуют о перспективности применения ИЭМ-1660 в комплексной терапии инфаркта миокарда.
