Содержание к диссертации
Список сокращений 5
Введение 6
1. Обзор литературы
Морфология гипоталамуса птиц 12
Морфофункциональная организация холинергических и
NMDA-типа глутаматных рецепторов 15
Холинергические рецепторы 16
NMDA-тип глутаматных рецепторов 18
1.3. Центральные механизмы регуляции состояний бодрствования и сна
1.3 Л. Краткая характеристика стадий сна у птиц 19
Участие преоптической области гипоталамуса в регуляции состояний бодрствования и медленного сна 21
Нейромедиаторы в регуляции состояний бодрствования и сна 23
1.4. Механизмы регуляции температурного гомеостазиса в классе птиц
Краткая характеристика терморегуляции у птиц 30
Роль гипоталамуса в контроле температурного
гомеостазиса у птиц 34
1.4.3. Нейромедиаторные механизмы преоптической области гипоталамуса
птиц, участвующие в регуляции температурного гомеостазиса 35
Роль гипоталамуса во взаимоотношениях между состояниями бодрствования - сна и терморегуляцией 38
Резюме 41
2. Материалы и методы исследования
2.1 Объект исследования 42
Хирургическая подготовка птицы 42
Регистрация электрофизиологических параметров 43
Микроинъекции 46
Идентификация состояний бодрствования и сна у птиц 46
Гистологический контроль 48
Статистическая обработка данных 48
3. Результаты исследования
3.1. Изменения временных и спектральных характеристик состояний
бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа
глутаматных рецепторов вентролатеральной преоптической области
гипоталамуса
Активация и блокада мускариновых холинорецепторов 50
Активация и блокада никотиновых холинорецепторов 56
Активация и блокада NMDA-типа глутаматных рецепторов 62
Резюме 66
3.2. Изменения временных и спектральных характеристик состояний
бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа
глутаматных рецепторов медиальной преоптической области гипоталамуса
Активация и блокада мускариновых холинорецепторов 67
Активация и блокада никотиновых холинорецепторов 71
Активация и блокада NMDA-типа глутаматных рецепторов 76
Резюме 80
3.3. Изменения показателей терморегуляции и температуры мозга в состояниях
бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа
глутаматных рецепторов вентролатеральной преоптической области
гипоталамуса
Изменения температурных показателей у голубей в контрольных условиях....81
Активация и блокада мускариновых холинорецепторов 83
Активация и блокада никотиновых холинорецепторов 86
Активация и блокада NMDA-типа глутаматных рецепторов 89
/
3.3.4. Резюме 93
3.4. Изменения показателей терморегуляции и температуры мозга в состояниях бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа глутаматных рецепторов медиальной преоптической области гипоталамуса
Активация и блокада мускариновых холинорецепторов 94
Активация и блокада никотиновых холинорецепторов 97
Активация и блокада NMDA-типа глутаматных рецепторов 100
Резюме 104
4. Обсуждение
4.1. Участие холинорецепторов и NMDA-типа глутаматных рецепторов
вентролатеральной и медиальной преоптической области гипоталамуса в
механизмах регуляции состояний бодрствования и сна
Мускариновые холинорецепторы 105
Никотиновые холинорецепторы 112
NMDA-тип глутаматных рецепторов 117
4.2. Участие холинорецепторов и NMDA-типа глутаматных рецепторов
вентролатеральной и медиальной преоптической области гипоталамуса в
терморегуляции
Мускариновые холинорецепторы 118
Никотиновые холинорецепторы 122
NMDA-тип глутаматных рецепторов 126
Заключение 127
Выводы 128
Список литературы 130
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
NMDA - N-метил D-аспарагиновая кислота
ВЛПО - вентролатеральная преоптическая область
М - мускариновые (холинорецепторы)
МПО - медиальная преоптическая область
Н - никотиновые (холинорецепторы)
ОВ - общее время
САМ - сократительная активность мышц
ч- час
ЭЭГ - электроэнцефалограмма
Введение к работе
Хроническое недосыпание и снижение качества сна влекут за собой серьезные негативные последствия для человека и общества в целом. Критическое снижение уровня бодрствования является одной из частых причин возникновения ошибок при выполнении профессиональной деятельности [Dinges, 2004]. Нарушения сна приводят к увеличению риска развития диабета [Yaggi et al., 2006], гипертонии, инфаркта, рака, а в конечном итоге к повышению уровня смертности [Kripke et al., 2002]. Инсомнические расстройства могут возникать в картине многих заболеваний (невротические и эндокринно-обменные заболевания, интоксикаци и др.) [Вейн, Хехт, 1989]. Синдромом хронической усталости, который характеризуется циркадными нарушениями не только сна, но и температуры тела человека, страдают многие жители развитых стран [Hamilos et al., 2001; Miike, 2007]. Успешность терапевтической коррекции нарушений бодрствования-сна ограничена недостаточностью знаний о фундаментальных основах нейрохимии сна. Выяснение нейромедиаторных механизмов, участвующих в циклической организации бодрствования и сна, остается одной из наиболее актуальных задач современной сомнологии.
В начале XX века венский невролог Константин фон Экономо установил, что одной из причин нарушения цикла бодрствование-сон у людей, страдающих от летаргического энцефалита, является специфическое поражение отдела гипоталамуса, локализованного около зрительного перекреста (включая преоптическую область) [von Economo, 1930]. Более поздние исследования показали, что разрушение кластера нейронов преоптической области гипоталамуса млекопитающих приводит к угнетению не только механизмов медленного и быстрого сна, но и к значительным нарушениям терморегуляции [Sallanon et al., 1989; John et al., 1999]. Циклические изменения организации цикла бодрствование-сон и показателей терморегуляции взаимосвязаны [Alfoldi
et al., 1990; Пастухов и др., 2001; Parmeggiani, 2003; Krauchi, 2007], их интегративные механизмы могут быть локализованы в преоптической области гипоталамуса [Heller, 2005]. Локальное нагревание преоптической области сопровождается приростом сна [Roberts, Robinson, 1969], а охлаждение -длительным бодрствованием [Sakaguchi et al., 1979]. Эти эффекты связаны с активацией (или инактивацией) теплочувствительных нейронов, которые, как предполагают, вовлечены в циркадную регуляцию медленного сна [Alam et al., 1995а, 1996]. Установлено, что нейроны вентролатеральной преоптической области (ВЛПО) гипоталамуса млекопитающих участвуют преимущественно в механизмах генерации медленного сна [Sherin et al., 1996; Lu et al., 2000]. Кластеры нейронов медиальной преоптической области (МПО) вовлечены, по-видимому, в контроль температуры тела, быстрого сна [Asala et al., 1990; Srividya et al., 2006], а также температуро-зависимую регуляцию бодрствования [Thomas, Kumar, 2002; Ray et al., 2005]. -
Исторически сложилось, что основными объектами сомнологии и терморегуляции являются млекопитающие. Механизмам регуляции бодрствования-сна и особенностям температурного гомеостазиса птиц уделяется значительно меньше внимания, хотя у них, независимо от млекопитающих, в процессе эволюции появились истинный цикл бодрствование-сон [Карманова, Оганесян, 1994] и гомойотермия [Седунова,' 1996]. Известно, что тормозные ГАМКд-ергические рецепторы ВЛПО гипоталамуса голубей участвуют в контроле временных характеристик состояний бодрствования-сна и показателей терморегуляции [Екимова, Пастухов, 2005]. Кроме ГАМК-ергической системы, в эти механизмы могут быть вовлечены и другие нейромедиаторные системы преоптической области гипоталамуса, но экспериментальных подтверждений этому нет. Не подлежит сомнению, что среди многих нейромедиаторов особое значение в передаче импульсов в центральной нервной системе принадлежит ацетилхолину и глутамату. Холинергические и глутаматергические механизмы мозга птиц
принимают непосредственное участие в регуляции вегетативных функций [Silva et al., 2006], моторной активности [Sholomenco et al., 1991], в осуществлении различных форм поведения [Li et al., 2000; Wada et al., 2004], в процессах обучения [Riters, Bingman, 1994; Lissek et al., 2002] и памяти [Lissek, Gunturkun, 2004]. Холинергическая система голубей вовлечена в терморегуляцию, экспериментально показана доминирующая роль мускариновых холинергических механизмов переднего гипоталамуса в активации «тепловых» эфферентных путей [Pyornila et al., 1977а, b]. Данных об участии глутаматергическои системы гипоталамуса голубей в контроле температуры и цикла бодрствование-сон нет. Иммуногистохимическими методами в преоптической области гипоталамуса птиц идентифицированы структурные компоненты холин- и глутаматергическои системы: мускариновые (М-) [Dietl et al., 1988; Ball et al., 1990], никотиновые (H-) холинорецепторы [Britto et al., 1992] и NMDA-тип глутаматных рецепторов [Cornil et al., 2000], ацетилхолинтрансфераза [Medina, Reiner, 1994], холин- и глутаматергические эфференты [Medina et al., 1994; Zeni et al., 2000]. Однако значение этих нейромедиаторных механизмов в регуляции состояний бодрствования - сна и температурных показателей остается неизвестным.
Цель и задачи Цель исследования — изучить изменения состояний бодрствования-сна и показателей терморегуляции при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа глутаматных рецепторов вентролатеральной и медиальной преоптической области гипоталамуса у голубей. Задачи исследования сводились к следующему:
1. Определить изменения временных и спектральных характеристик состояний бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа глутаматных рецепторов вентролатеральной преоптической области гипоталамуса.
Изучить изменения временных и спектральных характеристик состояний бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа глутаматных рецепторов медиальной преоптической области гипоталамуса.
Оценить изменения показателей терморегуляции и динамику температуры мозга в эпизодах бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа глутаматных рецепторов вентролатеральной преоптической области гипоталамуса.
Изучить изменения показателей терморегуляции и динамику температуры мозга в эпизодах бодрствования и сна при активации и блокаде холинергических и NMDA-типа глутаматных рецепторов медиальной преоптической области гипоталамуса.
Основные положения, выносимые на защиту
Изменения временных, спектральных и температурных характеристик состояний бодрствования-сна и показателей терморегуляции у голубей зависят от типа активируемых и блокируемых холинорецепторов и их локализации в преоптической области гипоталамуса.
Никотиновые (Н-) холинорецепторы вентролатеральной преоптической области гипоталамуса участвуют в поддержании медленного сна; мускариновые (М-) холинорецепторы этой области и М- и Н-холинорецепторы медиальной преоптической области - в поддержании бодрствования.
3. М- и Н-холинорецепторы вентролатеральной и медиальной преоптической
области и NMDA-тип глутаматных рецепторов медиальной преоптической
области гипоталамуса вовлечены в контроль терморегуляции (сократительной
активности мышц, температуры мозга и неоперенной кожи ноги).
Научная новизна 1. Впервые показано, что активация М- и Н-холинорецепторов ВЛПО гипоталамуса оказывает противоположное влияние на изменения общего времени бодрствования и медленного сна у голубей.
Впервые установлено, что активация холинорецепторов МПО голубей вызывает увеличение общего времени бодрствования и уменьшение общего времени медленного и быстрого сна.
Установлено, что М-холинорецепторы ВЛПО и МПО вовлечены в повышение температуры мозга у голубей, а Н-холинорецепторы - в снижение этого показателя. Впервые показано, что повышение температуры мозга при активации М-холинорецепторов ВЛПО гипоталамуса голубей происходит преимущественно в эпизодах бодрствования, а снижение температуры мозга при активации Н-холинорецепторов ВЛПО найдено преимущественно во время медленного сна.
4. Установлено, что активация и блокада NMDA-типа глутаматных рецепторов
МПО голубей не влияют на изменения временных и спектральных
характеристик состояний бодрствования и сна, но приводят к изменению
терморегуляторных показателей (сократительной активности мышц,
температуры мозга и неоперенной поверхности ноги).
Таким образом, в данной работе изучены новые нейромедиаторные механизмы контроля временных и спектральных характеристик состояний бодрствования - сна и терморегуляции у голубей.
Теоретическая и практическая значимость
Работа имеет фундаментальное значение для сравнительной сомнологии и терморегуляции. Полученные данные необходимы для понимания роли холин-и глутаматергических механизмов преоптической области гипоталамуса в регуляции цикла бодрствование-сон и температурного гомеостазиса у птиц. Проведенный в работе сравнительный анализ сомногенных, пробуждающих и терморегуляторных эффектов нейромедиаторов у птиц и млекопитающих дополняет знания о центральной регуляции физиологических функций у гомеотермных животных. Результаты исследования имеют определенное значение для понимания патогенетических механизмов нарушения цикла сна и могут найти применение при разработке методов их коррекции. Полученные в
11 работе данные могут быть использованы в курсах лекций по физиологии для студентов биологических и медицинских факультетов университетов и медицинских институтов.
Апробация работы \
Результаты исследования доложены и обсуждены на Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005), на 9-й Международной конференции «Stress and Behavior» (Санкт-Петербург, 2005), на 3-й и 4-й Всероссийских школах- конференциях (с международным участием) «Sleep: a window to the world of wakefulness» (Ростов-на-Дону, 2005; Москва, 2007). Материалы диссертации были представлены на 9-й Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2006), на 4-й Всероссийской конференции «Актуальные проблемы сомнологии» (Москва, 2006), на XIX и XX Съезде физиологического общества им. И. П. Павлова (Екатеринбург, 2004; Москва, 2007).
Публикации
По теме диссертации опубликовано 12 работ, 3 из которых - статьи в -рецензируемых журналах, 9 тезисов докладов.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, четырех глав, содержащих результаты исследования, обсуждения результатов, выводов и списка литературы, включающего 33 отечественных и 206 зарубежных источников. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, иллюстрирована 7 таблицами и 43 рисунками.
