Введение к работе
Актуальность проблемы. Эпилепсия представляет собой одно из наиболее распространенных неврологических расстройств - многообразие ее проявлений, внезапность развития приступов, тяжелые нарушения сознания и жизненных функций, приводящих к инвалидизации, определяют неизменную актуальность данной проблемы для здравоохранения и фундаментальной медико-биологической науки (Зенков, 2002; Карлов, 2002; Poonam et al., 2009). Около 70% всех форм эпилепсии начинается в детском возрасте, когда происходит становление организма и формирование личности человека, его отношения к окружающему миру и обществу. Это определяет эпилепсию детского возраста как актуальнейшую медико-социальную проблему.
Одной из самых распространенных форм является детская абсансная эпилепсия (ДАЭ) - форма генерализованной эпилепсии, проявляющаяся малыми припадками (petit mal, абсансы) и наличием на электроэнцефалограмме (ЭЭГ) специфического паттерна. В общей популяции больных с эпилепсией ДАЭ встречается в 2-8% случаев и составляет 10-12% всех эпилепсии в возрасте до 16 лет (Белоусова, Ермаков, 2004). Она относится к разряду идиопатических, т. е. таких, при которых нет другой причины эпилепсии, кроме наследственной предрасположенности.
В прошлом столетии было создано четыре теории, наименование которых отражает мнение ее создателей о роли структур мозга, играющих ведущее значение в процессах формирования генерализованной абсансной эпилепсии: центрэнцефалическая, кортикальная, кортикоретикулярная и теория «таламических часов». В настоящее . время в результате исследований, выполненных с использованием признанной модели абсансной эпилепсии - крыс линии WAG/Rij (van Luijtelaar, Coenen, 1986; 1997; Midzyanovskaya, Kuznetsova et al., 2001; Chepurnov et al., 2002; Meeren et al., 2002), получены доказательства, что абсансная эпилепсия является кортикоталамическим типом эпилепсии. При этом кортикальный фокус в периоральной области первичной соматосенсорной коры является ведущим в распространении пик-волновой активности по кортикоталамическим нервным сетям в течение спонтанных судорог (Меерен и др, 2004). Несмотря на убедительные аргументы этой теории, структурные и молекулярно-генетические основы формирования пик-волновой активности в кортикальном фокусе практически не исследованы.
В кортикальном фокусе крыс линии WAG/Rij имеет место дисбаланс взаимоотношений между ГАМК- и глутаматергической системами (Luhmann et al., 1995). Одной из причин его возникновения может быть изменение экспрессии длинной и короткой изоформ рецептора дофамина второго типа (DRD2), предопределяемое его полиморфными локусами (Zhang et al., 2004). Нарушение соотношения длинной и короткой изоформ DRD2 является важным фактором в модуляции дофамином ГАМК-и глутаматергической трансмиссии (Centonze et al., 2003; 2004).
Дофаминергическая система вовлечена в патогенез абсансной эпилепсии у крыс линии WAG/Rij (Warter et al., 1988; Kuznetsova et al., 1996;
De Bruin et al., 2000; 2001; Deransart et al., 2000; Midzyanovskaya, Kuznetsova, 2001). Предположение о том, что ведущую роль при этом играет изменение функционирования DRD2 (Кузнецова и др., 1996; Базян и др., 2001, Birioukova et al., 2005; Midzyanovskaya, 2006) основано на результатах экспериментов с введением агонистов и антагонистов DRD2.
Установлена роль ряда полиморфных локусов DRD2, включая и Taq 1А, в патогенезе шизофрении и адциктивных расстройств (Hallikainen et al, 2003, Lawford et al., 2005). У больных эпилепсией полиморфизм DRD2 и его локус Taq 1А не исследован, поэтому влияние его полиморфизмов на процессы эпилептогенеза не выяснено.
В диагностике судорожной готовности мозга большую роль играют электроэнцефалографические показатели, но какими структурными перестройками они сопровождаются - остается неясным. Клиницисты, занимающиеся изучением биопсийкого и аутопсийного материала, могут зарегистрировать только исходные процессы эпилептизации мозга (Гайкова, 2001), механизм же их формирования можно изучить только с помощью эксперимента с использованием животных, болеющих эпилепсией (Погодаев, 1986).
Все вышеизложенное обосновывает актуальность проведенного нами исследования, в котором мы стремились выявить структурные основы инициации пик-волновой активности нейронов в основном кортикальном фокусе абсансной эпилепсии - периоральном поле первичной соматосенсорной коры у крыс линии WAG/Rij с различиями генотипа по локусу Taq 1А DRD2, а также обнаружить структурно-функциональные корреляты регистрируемой пароксизмалыюй активности.
Цель и задачи исследования. Цель работы - выявление структурных основ и электрофизиологических показателей инициации пик-волновой активности в первичной соматосенсорной коре у крыс линии WAG/Rij с различиями генотипа по локусу Taq 1A DRD2.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
1.выполнить сравнительный цитоархитектоннческий анализ периорального поля первичной соматосенсорной коры (далее ПСК) крыс линии Вистар (неэпилептическая линия) и крыс двух субпопуляций линии WAG/Rij (модель абсансной эпилепсии) с различиями генотипа по локусу TaqlADRD2;
2.выявить особенности структурно-количественных характеристик первичной соматосенсорной коры у двух групп крыс линии WAG/Rij с различиями генотипа по локусу Taq 1А DRD2 путем определения удельной площади V-VI слоев, плотности нейронов, глии и глиалыюго индекса в V слое ПСК;
3.исследовать нейронную организацию первичной соматосенсорной коры крыс линии Вистар (неэпилептическая линия) и выявить ее особенности у крыс двух субпопуляций линии WAG/Rij (модель абсансной эпилепсии) с различиями генотипа по локусу Taq 1А гена рецептора дофамина второго типа (DRD2);
-
оценить на основании ультраструктурного анализа пятого слоя первичной соматосенсориой коры двух групп крыс линии WAG/Rij с различиями генотипа по локусу Taq 1А DRD2 синапсоархитектонику и функциональное состояние нейронов, глии и миелиновой оболочки нервных волокон;
-
выявить различия в структурно-количественной характеристике пик-волновых разрядов (продолжительность, количество, пик-волновой индекс), регистрируемых на электроэнцефалограмме первичной соматосенсориой коры у крыс линии WAG/Rij с различиями генотипа по локусу Taq 1А DRD2;
6.на основании комплексного анализа полученных данных выявить структурные основы инициации пик-волновых разрядов в первичной соматосенсориой коре и структурно-функциональные корреляты, ассоциированные с генотипом исследованного локуса DRD2. Научная новизна исследования. Впервые описана структура первичной соматосенсориой коры у крыс с абсансной эпилепсией. Впервые комплексом нейрогистологических методов проведен сравнительный анализ цитоархитектоники первичной соматосенсориой коры у крыс линии Вистар (неэпилептическая линия) и двух групп крыс линии WAG/Rij (модель абсансной эпилепсии) с различиями генотипа по локусу Taq 1А гена рецептора дофамина второго типа (DRD2), позволивший выявить общие закономерности и особенности ее структурной организации. Впервые, на основе сравнительного структурно-количественного анализа нейронной организации первичной соматосенсориой коры у двух групп крыс линии WAG/Rij с различиями генотипа DRD2 и крыс линии Вистар, получены данные о значимом снижении представительства тормозных интернейронов (корзинчатых клеток) у эпилептических крыс. Также установлена большая степень снижения количества корзинчатых клеток у крыс с генотипом A]/Ai по сравнению с крысами с генотипом А2/А2. Впервые выполнен анализ синапсоархитектоники и ультраструктуры нейронов, глии, миелиновой оболочки нервных волокон V слоя первичной соматосенсориой коры у крыс линии WAG/Rij с генотипами Ai/A] и А2/А2 по локусу Taq 1А DRD2, выявивший их особенности, находящиеся в корреляции со структурно-количественными характеристиками пик-волновыми разрядами первого типа, регистрируемыми в первичной соматосенсориой коре этих групп крыс. Впервые проведена регистрация электроэнцефалограммы первичной соматосенсориой коры у крыс линии WAG/Rij с различиями генотипа по исследованному локусу DRD2, и получены данные об ассоциации частоты и продолжительности пик-волновых разрядов первого типа (типичных для абсансной эпилепсии) с генотипом Аі/Аі по локусу Taq 1А DRD2. Впервые выявлена ассоциация мультифокальности пик-волновых разрядов и особенностей их частотно-временных характеристик у крыс линии WAG/Rij с генотипом А2/А2 по локусу Taq 1A DRD2.
Практическое и теоретическое значение работы. Полученные в работе результаты углубляют существующие представления о структурно-функциональной организации первичной соматосенсориой коры и о
патогенезе абсансной эпилепсии, создают теоретический базис для
разработки новых комплексных диагностических методов, включающих
молекулярно-генетические исследования. Генетический анализ
исследованного в работе локуса DRD2 у больных с абсансной эпилепсией может объяснить особенности выявляемых электроэнцефалографических показателей, а, следовательно, и клинического течения заболевания. Результаты работы вносят вклад в развитие фармакогенетики эпилепсии, проясняя молекулярно-генетические основы патофизиологических механизмов ее генеза и создавая основу для разработки новых антиабсансных препаратов.
Полученные результаты используются на лекциях и практических занятиях общих курсов «Гистология» и «Физиология человека и животных», занятиях большого нейрофизиологического практикума, спецкурса «Нейрогистология» на кафедре морфологии и физиологии человека и животных Башкирского государственного университета. Издано учебное пособие «Гистология» с грифом УМО по классическому университетскому образованию.
Положения, выносимые на защиту:
1.Генотип полиморфного локуса Taq 1А DRD2 у крыс линии WAG/Rij ассоциирован с особенностями структурно-количественных характеристик цитоархитектоники, нейронной организации, ультраструктуры нейронов и синапсоархитектоники первичной соматосенсорной коры; 2.Гомозиготность выявленного функционального аллельного полиморфизма DRD2 проявляется особенностями электрографических показателей. Они находят отражение у крыс с генотипом Aj/Aj в формировании типичных для абсансной эпилепсии пик-волновых разрядов с локализацией только в первичной соматосенсорной коре. У крыс с генотипом А2/А2 пик-волновые разряды характеризуются вариабельностью частотно-временных характеристик, интенсивности пароксизмальной активности и топики в неокортексе крыс.
Апробация работы. Основные материалы диссертации доложены на IX и X Международном конгрессе морфологов (2008, 2010); на Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье», СПб, 2009-2011; на VI Всероссийском съезде анатомов, гистологов и эмбриологов, 2009; на VIII Всероссийской конференции «Нейроэндкринология-2010», СПб, на XXI съезде Физиологического общества имени И. П. Павлова, 2010; на XVII и XVIII Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2010», «Ломоносов-2011»; на Седьмом международном междисциплинарном конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии», Украина, 2011; на VII International Interdisciplinary Congress «Neuroscience for medicine and psychology», 2011; на Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные вопросы физиологии, психофизиологии и психологии», Уфа, 2009, 2010; на заседании Башкирского отделения Всероссийского общества анатомов, гистологов, и эмбриологов (Уфа, 2012)
и опубликованы в ведущих российских морфологических и физиологических журналах.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, шесть из которых в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (2 главы), описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований (4 главы), обсуждения полученных результатов и выводов. Указатель литературы содержит сведения о 306 источниках, 90 из которых на русском и 216 на иностранных языках. Иллюстрации представлены 37 рисунками (из них 22 микрофотографии), цифровой материал сгруппирован в 10 таблицах.
