Введение к работе
Актуальность проблемы. Настоящее исследование является одной из первых попыток рассмотрения подкрепления – базисной функции мозга, определяющей механизмы, посредством которых индифферентный раздражитель становится значимым (сигналом), – с позиции взаимодействия гормональных и медиаторных систем организма. Как правило, эти механизмы рассматриваются изолированно друг от друга, что затрудняет интеграцию современных знаний о механизмах подкрепления (Шабанов П.Д., 2003, 2008). Немаловажным фактом остается недостаточная изученность вопросов участия этих механизмов в формировании зависимости от психоактивных веществ (психостимуляторы, гипноседативные средства, включая алкоголь, галлюциногены). Без решения данных вопросов трудно ставить задачи чисто практические, включая лечение зависимости.
В последние годы акцент в исследовании механизмов зависимости сделан на изучении аномального функционирования эмоциогенных структур мозга, прежде всего, структур медиального переднемозгового пучка (Koob, 2003; Bruijzeel, Gold, 2005), включая гипоталамус и миндалину. Центральное ядро миндалины входит в систему так называемой расширенной миндалины (extended amygdala), которая локализуется в пределах базального переднего мозга и включает центральное и медиальное ядра миндалины, ядро ложа конечной полоски, медиальную часть прилежащего ядра (shell) и сублентикулярный отдел безымянной субстанции (Davis, 1992; Alheid, Heimer, 1996; Swanson, Petrowich, 1998; Waraczynski, 2005). Система расширенной миндалины была выделена анатомически согласно единому строению клеток и содержанию веществ, иммуноцитохимическим характеристикам и внутримозговым связям. Эта система состоит из стриатоподобных ГАМК-ергических клеток и имеет большое содержание кортиколиберина (Swanson, Petrowich 1998; Bruijzeel, Gold, 2005). Являясь звеном экстрагипоталамической системы кортиколиберина, система расширенной миндалины влияет на стресс-зависимое поведение, играет роль в инициации эмоционально-мотивированного ответа и опосредует анксиогенные эффекты кортиколиберина (Sarnyai et al., 2001; Waraczynski, 2005).
Система расширенной миндалины имеет тесные связи, прямые и обратные, с вентральной областью покрышки и латеральным отделом гипоталамуса, электрическая стимуляция которых вызывает наиболее интенсивную реакцию самораздражения с низкими порогами значений электрического тока (Шабанов П.Д. и др., 2004, 2006). Исследования структурно-функциональной организации эмоциональной функции мозга, согласно данным современной литературы, сосредоточены главным образом на анализе внутренней организации вентрального стриатума и в меньшей степени кортиколибериновой системы расширенной миндалины. Особенно неясным и противоречивым является вопрос о роли нейропептидов расширенной миндалины в регуляции подкрепляющих систем мозга, локализацию которых традиционно связывают с гипоталамусом и передним мозговым пучком. Нейрохимически последние представлены в основном дофаминергическими терминалями (Шабанов П.Д. и др., 2002, 2004; Shabanov et al., 2005, 2008).
Известно, что кортиколиберин выполняет роль кортикотропинрилизинг фактора, или гормона (КРГ). В мозгу рецепторы к кортиколиберину (R1 и R2) локализованы во всех областях, хотя и с разной плотностью (Rybnikova et al., 2003). КРГ–R1 рецепторы локализованы преимущественно в неокортексе, особенно в префронтальной и энторинальной коре, в структурах обонятельного мозга, миндалевидном комплексе, гиппокампе, мозжечке и сенсорных релейных ядрах. В то же время КРГ–R2 практически отсутствуют в коре, а концентрируются преимущественно в субфорникальных структурах, а именно в вентромедиальном ядре гипоталамуса, латеральном септуме, ядрах конечной полоски и некоторых ядрах миндалины. Функциональное значение КРГ–R1 рецепторов связывают с управлением секреции АКТГ и контролем тревожности, в то время как КРГ–R2 участвуют в регуляции пищевого и сексуального поведения, а также деятельности сердечно-сосудистой и репродуктивной систем (Bruijzeel, Gold, 2005). Вместе с тем, в механизмах подкрепления и зависимости участие рецепторов кортиколиберина изучено недостаточно. Наибольшее скопление рецепторов кортиколиберина зарегистрировано в гипоталамусе и миндалевидном комплексе. Это определило направленность настоящей работы, а именно: изучение гормональных механизмов подкрепления и зависимости от психоактивных веществ. Знание этих сведений принципиально важно для представлений о предпосылках формирования лекарственной зависимости, особенно в раннем постнатальном периоде жизни, определяющем вероятность развития девиантного поведения.
Цель работы – изучение участия центральных (кортиколибериновых) механизмов в регуляции подкрепления и формировании зависимости от различных наркогенов.
Задачи исследования:
1. Оценка подкрепляющих свойств пептидов (включая кортиколиберин) и синтетических наркогенов при их системном и внутримозговом введении у крыс, выращенных в сообществе или в условиях социальной изоляции.
2. Изучение подкрепляющих свойств пептидов и синтетических наркогенов при их центральном введении в миндалину у крыс, выращенных в сообществе или социальной изоляции и подвергшихся длительной алкоголизации
3. Оценка отдаленных поведенческих последствий модуляции центральных систем стресса-антистресса в раннем онтогенезе у крыс.
4. Морфологические исследования лимбических структур мозга крыс после модуляции центральных систем стресса-антистресса в раннем онтогенезе у крыс.
5. Фармакологическая коррекция нарушений поведения крыс после модуляции систем стресса-антистресса в раннем онтогенезе.
6. Исследование взаимодействия дофаминергической системы мозга и гормональных систем, оцененное в поведенческих тестах у крыс.
7. Исследование поведенческих эффектов гормонов гипофиза у крыс в моделях удаления гипофиза и внутрицистернального введения гормонов гипофиза.
8. Исследование экспрессии мРНК кортиколиберина и вазопресина в гипоталамусе и миндалине крыс при введении наркогенов.
9. Разработка концепции об участии амигдало-гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (АМГГИНА) системы в механизмах формирования зависимости от разных наркогенов.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Гипоталамическая и экстрагипоталамическая кортиколибериновые системы мозга принимают непосредственное участие в механизмах внутримозгового подкрепления, причем система расширенной миндалины играет в этом процессе ведущую роль в сравнении с паравентрикулярными механизмами гипоталамуса. Это доказывается опытами с блокадой экстрагипоталамических (в центральном ядре миндалины) и гипоталамических (в паравентрикулярной области) рецепторов кортиколиберина астрессином, который угнетает реакцию самостимуляции латерального гипоталамуса и меняет действие разных наркогенов (морфина, лей-энкефалина, фенамина, этаминал-натрия) на нее.
2. У экспериментальных животных (крыс) большинство исследованных нейропептидов (лей-энкефалин) и синтетических наркогенов (фенамин, морфин, этаминал-натрий), обладают подкрепляющими свойствами в тесте самостимуляции латерального гипоталамуса. Подкрепляющий (наркогенный) потенциал изученных соединений различен и возрастает при выращивании животных в условиях стресса социальной изоляции. Кроме того, подкрепляющие свойства выявляются у некоторых эндогенных пептидов и белков (лей-энкефалин, белки теплового шока 70 кДа ), но не кортиколиберина и субстанции Р при внутриструктурном введении их в центральное ядро миндалины или паравентрикулярное ядро гипоталамуса. Социальная изоляция крыс от сородичей меняет подкрепляющие свойства пептидов вплоть до инверсии.
3. В условиях хронической алкоголизации крыс, выращенных в сообществе, нейропептиды (лей-энкефалин, кортиколиберин, субстанция Р) при внутриструктурном введении в миндалину значительно повышают свои подкрепляющие свойства в тесте самостимуляции гипоталамуса, то есть, при искусственной активации подкрепляющих систем длительной алкоголизацией животные реагируют на естественные нейропептиды особым (измененным) образом.
4. Глюкокортикоидные гормоны (дексаметазон) и психостимуляторы (фенамин) реализуют свое действие на подкрепляющие системы мозга однотипно, но в разной степени. Максимальным стимулирующим действием обладают дофаминомиметические вещества, а глюкокортикоидные гормоны оказывают мягкий активирующий дозозависимый эффект. При этом первично-подкрепляющие свойства гормонов определяются в основном активацией дофаминергической системы, тогда как вторично-подкрепляющие свойства, помимо прямой активации данной системы, вовлекают и мнестические компоненты поведенческих реакций. Подкрепляющие свойства фенамина и глюкокортикоидных гормонов нарушаются при дисбалансе системы гипоталамус-гипофиз-надпочечники. Это доказывается опытами с удалением гипофиза, надпочечников или избыточным введением адренокортикотропного гормона и дексаметазона.
5. Активация систем стресса и антистресса в раннем онтогенезе введением кортиколиберина или белков теплового шока 70 кДа (БТШ-70) существенно влияет на эмоциональное и двигательное поведение половозрелых крыс, а также состояние нейронов структур лимбической системы мозга. Отсроченные эффекты кортиколиберина и БТШ-70 различаются у самцов и самок, то есть зависят от пола животного. В структурах лимбической системы мозга (черная субстанция, вентральное область покрышки, подлимбическое поле, поясные поля) кортиколиберин, введенный в ранний постнатальный период, увеличивает рельефность (объем) нейронов, не меняя их плотности, а БТШ-70 вызывает умеренную дегенерацию нейронов, снижая их плотность. Фармакологические агенты пептидной природы (ноопепт, дилепт) устраняют или существенно уменьшают нарушения поведения, вызванного введением в раннем онтогенезе кортиколиберином или БТШ-70.
6. Психоактивные препараты, обладающие наркогенной активностью (фентанил, этаминал-натрий, лей-энкефалин, фенамин, дексаметазон, этанол), избирательно увеличивают экспрессию мРНК кортиколиберина в гипоталамусе и миндалине. В миндалине наибольшие значения экспрессии мРНК кортиколиберина регистрируются после введения дексаметазона, а в гипоталамусе – после введения этаминала натрия, этанола и фентанила.
7. Подкрепляющая система гипоталамуса обеспечивает однотипную реакцию на ведение наркогенов, тогда как система расширенной миндалины включает элементы как собственно подкрепления, так и стресс-реактивности. Это позволяет рассматривать нейрогормональную систему, вовлекающую миндалину, гипоталамус, гипофиз и надпочечники как структурно-функциональную основу формирования зависимости от различных наркогенов.
Научная новизна. Отсутствие четких представлений о механизмах формирования лекарственной зависимости от гормональных средств (гормонов стресса, в частности) и значении гормональной составляющей в механизмах действия наркогенов позволили автору сосредоточить основное внимание на изучении гормональных механизмов подкрепления, базисной функции мозга, определяющей адаптивное поведение человека и животных. С привлечением методологии экспериментального изучения медиаторных и гормональных механизмов подкрепления в работе рассмотрено участие гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в обеспечении подкрепляющей функции мозга. Особое внимание отведено внегипоталамическим кортиколибериновым механизмам подкрепления, новому направлению в психонейроэндокринологии. Подробное изучение системы расширенной миндалины (extended amygdala) показало, что центральное ядро миндалины, богатое содержанием кортиколиберина, играет ведущую роль в реализации подкрепляющих эффектов фармакологических средств, обладающих наркогенным потенциалом. Экспериментально доказано, что по сути миндалина выполняет побудительную роль в активации гипоталамических механизмов подкрепления. Это послужило отправной точкой в создании автором концепции амигдалярно-гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (АМГГИНА) системы как структурно-функциональной основе мозгового подкрепления, объединяющей ее медиаторные и гормональные механизмы. Именно системе АМГГИНА принадлежит ведущая роль в реализации подкрепляющих эффектов наркогенов (психостимуляторов, гипноседативных средств). Дисфункция системы, возникающая в раннем онтогенезе под воздействием стрессорных факторов, может лежать в основе развития девиантного поведения подростков, сопровождающегося повышенной агрессивностью, склонностью к употреблению психоактивных средств, депрессивностью и суцидальным поведением. Работа относится к исследованиям в области фундаментальной медицины.
Научно-практическая значимость работы. В работе продемонстрировано, что центральные (кортиколибериновые) механизмы стресса в значительной степени определяют подкрепляющую функцию мозга, благодаря которой индифферентный раздражитель становится значимым (сигналом). В этой системе ведущую роль играет центральное ядро миндалины, богатое скоплением рецепторов кортиколиберина (так называемая система расширенной миндалины). С позиции взаимодействия гормональных и медиаторных систем организма действие различных наркогенов (психостимуляторов, гипноседативных средств) зависит от состояния экстрагипоталамической системы кортиколиберина. Блокада рецепторов кортиколиберина в миндалине (в большей степени, чем в гипоталамусе) устраняет или существенно уменьшает подкрепляющее действие наркогенов в основном гипноседативной направленности (морфин, барбитураты, лей-энкефалин). Модуляция систем стресса-антистресса в раннем онтогенезе (постнатальном периоде) меняет поведенческие эффекты фармакологических средств. Эти изменения связаны с нарушением морфологии лимбических структур мозга. Направленное фармакологическое вмешательство с помощью препаратов пептидной структуры позволяет скоррегировать развивающиеся нарушения. На основании экспериментальных данных автором предложена концепция гиперциркуляции в амигдалярно-гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой (АМГГИНА) системе как структурно-функциональной основе мозгового подкрепления, объединяющей ее медиаторные и гормональные механизмы. Доказывается, что именно системе АМГГИНА принадлежит ведущая роль в реализации подкрепляющих эффектов наркогенов (психостимуляторов, гипноседативных средств). На этом основании перспектива создания антинаркотических средств видится в изменении системы АМГИНА за счет блокады рецепторов кортиколиберина, составляющих основу подкрепления. Изучение этих и родственных с ними вопросов во многом может приблизить нас к пониманию механизмов зависимости и к разработке конкретных рекомендаций по ее биологической профилактике.
Реализация результатов работы. Материалы исследования используются в лекционном курсе кафедры неврологии и психиатрии и кафедры специализированной терапии Института медицинского образования Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого, кафедры фармакологии Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова, кафедры наркологии Санкт-Петербургской медицинской академии последипломного образования МЗ РФ, вошли в грантовые разработки Российского фонда фундаментальных исследований (№04-04-49672 и №07-04-00549). Работа выполнена в соответствии с плановыми научно-исследовательскими разработками Института медицинского образования Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого.
Апробация материалов исследования. Материалы диссертации доложены на 33-м (Италия, 2003) и 35-м (Глазго, Шотландия, 2005) конгрессах международного общества психонейроэндокринологии (ISPNE), Всероссийской конференции «Актуальные вопросы психоэндокринологии», посвященной памяти проф. А.И.Белкина (Москва, 2004), международной конференции «Проблемы интеграции функций в физиологии и медицине» (Минск, 2004), 3-м региональном конгрессе ISPNE (Невшехир, Турция, 2004), Всероссийских конференциях «Нейрохимия. Фундаментальные и прикладные аспекты» (Москва, 2005), «Нейроэндокринология-2005» (Санкт-Петербург, 2005), «Нейроиммунология-2005» (Санкт-Петербург, 2005), «Механизмы функционирования висцеральных систем», посвященной 80-летию Института физиологии им. И.П.Павлова РАН (Санкт-Петербург, 2005), XIV съезде психиатров России (Москва, 2005), 4-й международной конференции «Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам» (Москва, 2006), 10-й международной конференции «Стресс и поведение» (Санкт-Петербург, 2007), 20-м международном конгрессе по нейропсихофармакологии (Барселона, Испания, 2008) обсуждены на совместном заседании кафедр неврологии и психиатрии , специализированной терапии Института медицинского образования Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого, кафедры фармакологии Военно-медицинской академии им. С.М.Кирова и Физиологического отдела им. И.П.Павлова НИИ экспериментальной медицины РАМН г. Санкт-Петербурга
( Новгород 2009 год ).
Публикация материалов исследования. Материалы диссертации вошли в монографии «Гормональные механизмы подкрепления», СПб.: Элби-СПб, 2008. 272 с. и «Иммунонаркология», СПб: Элби-СПб, 2008. 224 с.(с coавторами ). По теме диссертации опубликованы 19 журнальных статей (11 статей в изданиях, рекомендованных ВАК) и 17 статей и тезисов в сборниках научно-практических работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, 5 глав результатов собственных исследований, результатов, заключения, выводов, практических рекомендаций, списка научной литературы. Работа изложена на 309 страницах машинописного текста, иллюстрирована 32 рисунками и 39 таблицами. Библиографический указатель содержит 549 наименований, в том числе 100 отечественных и 449 иностранных.
