Введение к работе
Актуальность сробламы. Хорошо известно, что бодрствование к cos представляют собой два основных функциональных состояния, на фоне которых протекает вел жизнедеятельность человека. Болов того, любая патслог-ия центральной нервней системы сопрововдает-ся разной степенів нарушения ыоханизуоз сяа. Все ото говорит о большой актуальности изучения механизмов интеграция модленаовол-повой и активированной фаз сна. Знание оїшс слогінх множествен -них поі':смо--'Рннх. центров, ответственных за организацию четырех стадо; кедленнозолновой фазы сій и фазы быстрого ска,имеет перво-отопеиное практическое значение для нормализации сна при его патологии. Несмотря на то, что вопрос о механизмах организации спи и бодрствования у представителей млекопягажщих интенсивно изучается, много неясного до сих пор остается в этом вопросе. В частности, вопрос о роли билатеральных и унилатеральных множественных пейсмекернш: центров в организации фаз и стадий сна но бил поставлен в мировой и отечественной литературе. Нет необходимости говорить о важности такого исследования дпч практических полей и для расаирвяия езшх представлений о сосуществовании фаз медленного' и быстрого сна. Бесенив вопроса о наличия не только билатеральных, но п унилатеральных механизмов организации кедлэк-новолнового и быстрого сна у инта.ктных животных имеет огромное биологическое значение. Чрезвычайно ваяно понять механизмы возникновения асаьметраи показателей фаз сна при той или иной экспериментально вызванной у животных патологии. Например, путем различных иоврвадений в области проводящих путей ствола головного мозга. Надо сказать, что среда множественных аспектов изучения механизмов интеграции фаз сна и бодрствования исследования межяолу-иараой асимметрии этих состояний получили в настоящее время наибольший резонанс. Становится все болео ясным, что аснммзтрачяая работа полушарий при реализации какой-либо функции еста основополагающий принцип функционирования целостного мозга.
Несмотря на то, чїо асимгеарач эзГ-она а бо.цретвоваакя била зарегастрироваЕа у водных млекопитающих (Супин, Мухаметоа, 1978), до кэстоящего времени получены лииь единичное данные,позволяющие предполагать асилыетри» корсовой электрической активности ЕС время сна у другях видов животных (ЯвоимовДЭеЭ; Ыссиэо. PzXHHaEBKSH,IS77; 4ng3l*ri чї al.,1969s Jouval,1972 К др.).
Безуспешность попыток выявления асимметрии сна связана,но всеЗ вероятности, с том обстоятельством, что подавляющее больаин-стбо исследователей, работающих в этой области, опираются на. классические представления о единственных для обоих полушарий «еханиз-мах сна в бодрствования. Эти представления заключаются в том. что для целостного мозга существует единая.функциональная система, запускающая и регулирующая какие-^либо фазы сна одновременно в обоих полушариях и находящаяся в решшрокных отношениях.с другой функционально!! системой, ответственной за бодрствование (Анохин, 1945; Веіш,ГУ,'2; ХаканашВили,І972; 0ниашД9$5; Ксопогао, Пазе, 1929; Col-lina.1954; Sercio.Londo,1960; Jouvet,1961; НоЪаоп,19Ь5,1988 И Др.)* Однако экспериментальные данные Супина и Ыухамезова (ІУ82) о сосуществовании у дельфшов сна и бодрствования в различных половинах головного мозга позволяют предполагать наличие в ЩС: нескольких функциональных едаїшц, способных контролировать сон и бодр-ствование независимо в каждом полушарии. Доказательство этого положения требует в конечном итоге обнаружения у наземных млекопитающих асимметричной деятельности полушрип во время сна. С другой стороны, чтобы выявить асимметрию ЭЭГ-сна и разработать, тем самим, более поляне, а может бить и вовне представления о механизмах сна и бодрствования, необходимо использование таких методических приемов, которые бы способствовали разобщению билатериаль-ных функциональных систем сна и бодрствования.
Цель и основные задачи исследования. Настоящая работа по- : священа исследованию билатеральных и, в особенности, выявлению унилатеральных механизмов организация фаз и стадий сна, а также состояния бодрствованая.
Для решения этой проблемы были поставлены следующие конкретные задачи: .
разработать экспериментальные модели на животных, способствующие разобщению совместной билатеральной деятельности центров медленного и быстрого сна (на основе комбинированных нейрохирургических: перерезок проекционных в комиссуральных систем головного иозга); .
исследовать возможность проявления различных видов асимметрии ЗЗГ-активвости во время сна у животных в условиях разобщения центров медленного и быстрого сна;
исследовать $ормы в разновидности медленного я быстрого
" сна у животных в условиях разобщения анализаторных и комиссура-льных систем головного мозга;
исследовать особенности переходных состояний между сном и бодротвованпем;
проанализировать роль специфических и яеспоцпфическпх сенсорных вляязшй в обеспечения механизмов сна;
исследовать суточное содержание бодрствования и основных фаз сна у штактных и опорировашнвс животных;
на осново сравнительного анализа структури сна у нявот— шх о различной степенью искусственно созданной асимметрией проводящих путей мозгового ствола разработать представления о билатеральной и уннлатеральной деятельности механизмов цикла бодрствование - сон.
Основина,результаты и их новизна. В исследовании впервые применены разработанные нами нейрохирургические модели, которые позволили показать, что в условиях односторонних повреядоний головного мозга удается обнаружить асимметрию основных признаков сна. Асимметрия признаков сна была обнаружена в виде следующих трех фора: сосуществование быстрого и медленного ска в симметри-. чннх половинах головного мозга' с периферическим проявлением основных признаков медленного сна; сосуществование быстрого и медленного" сна с периферическим проявлением признаков быстрого сна н сосуществование быстрого сна различнойинтенсивности в обоих полушариях. Кроме этого, было показано сосуществование бодрствования и медленного ска в различных половинах головного мозга у оперированных млекопитающихо
Установлено несколько разновидностей фаз медленного и быстрого сна у оперированных животных. Так, выявлена модификация медленного сна с медленной электрической активностью в структурах головного мозга и о отражением ритма этой активности в электро-окулограмме; разновидность медленного она с сочетанием классических для этого состояния центральных показателей с периферическими показателями быстрого сна и, наконец, фаза наиболее глубокого сна с медленной электрической активностью в дельта-частотном диапазоне и подавлением мышечной и глазодвигательной актпшости. При переходе от бодрствования ко сну обнаружено променуточноз состояние, которое сопровождается генерализованной внсокоамплитудной синхронизированной электрической активностью в различных частотных дна-
пазонах. Показано также, что изменение суточного состава основных фаз сна зависит от повреждения как неспецифических, так и специфических систем головного мозга.
Нашим исследованием было обнаружено, что. механизмы быстрого сна и механизмы пробуждения не совпадают в своей локализации и в организации восходящих активирующих влияний в направлении переднего мозга.
Использование оригинальных нейрохирургических приемов в исследовании механизмов, лежащих в основе интеграции сна и бодрствования, позволило обнаружить несколько видов асимметрии ЭЭГ-сна. Это дало основание расширить и углубить представления о механизмах интеграции цикла бодрствование - сон.
Научно-практическая ценность. Проведенное исследование имеет как теоретическое, так и практическое значение. Оно раскрывает нейрофизиологическую основу асимметрии ЭЭГ-сна в условиях различных форм деафферентапии головного мозга.
Результаты выполненной работы существенно дополняют теоретические представления о механизмах регуляции фаз и стадий сна и бодрствования. В работе выдвигается представление о наличии множественных центров (лейсмекерных механизмов), отвественннх за восходящие в нисходящие влияния во время развития фаз сна. Важно подчеркнуть, что установленное экспериментальным путем у кошек сосуществование унилатеральных механизмов в интеграции периферических и цзцтральных проявлений признаков медленноволнового и быстрого сна, может иметь место при соответствующих случаях патологии и у человека. Новая концепция, выдвинутая в работе, о существовании симметричной и асишетричной многоцентровой организации фаз сна е бодрствования открывает пути для дальнейшего изучения способов избирательной мобилизации соответствувдих механизмов сна и управления ими в экспериментальной неврологии и психо-неврологи-ческой клинике.
Созданный методический комплекс (нейрохирургические модели) позволяет характеризовать механизмы асимметрии ЭЭГ-сна и классифицировать фазы сна, что несомненно имеет значение в диагностике различных заболеваний с симптомами нарушения сна, связанных с повреждением мозга.
Внедрение результатов работы. Теоретический материал и эксперимента льны е методические приемы, использованные в работе, при-
- 5 -меняются в учебном процессе на кафедра физиологии человека н животных Азербайджанского госуииверситета им.С.М.Кирова, на кафедре физиологии человека и животных Иркутского Государственного университета, а также в лекционном курсе и при нроведении практических занятий со слуштелши ФІШ. Полученные даннш могут быть использованы также при чтении курса нормальной физиологии в высших учебных заведениях медицинского и биологического профилей.
, Концепция, представляемая к защите. В отличие от имеющихся представлений о существований единых для обоих полушарий центров сна,нами выдвинуты новые представления о многоцентровой симметричной и асимметричной организация медленного и быстрого сна. Центральная нервная система животных располагает рядом сосудест-вувдих механизмов, лежащих в основе интеграции,признаков медленного и быстрого сна. Каждый из этих механизмов имеет свою локализацию и центрально-периферическую иннервация, с помощьа которой изменяется не только билатеральная, но и унилатеральная функциональная активность организма.
Апробация работы. Основные положения диссертации отраге-нн в опубликованных работах. Результаты исследований докладывались на конференции по нейрокиберяетике (Ростов,1983,1939), на Пленумах Научного Совета по планированию и координации молекуляр-но-биологических исследований в области медицины АМН СССР(Иркутск, 1983, 1985, 1987), на конференциях:"Компенсаторно-восстановительные процессы в цеитральяой нершой системе" (Ереван,1933), "Актуальные вопросы физиологии и патологии сна" (Москва,1985), "Современные проблемы неиробиологии" (Тбилиси,1986), "Адаптивные и компенсаторные пронесен головного мозга" (Москва,1985), "Развивающийся мозг" (Москва,1987), "Интегративяая деятельность мозга" (Москва,1988), "ХІУ съезд физиологов СФРЮ" (Ягославия,1988),вд республиканском семинаре Научного Совета All УССР по проблема "Кибернетика, математическое моделирование в биологии и медицине п нейрокибернетика" (Киев,1986), на меялабораторкых конференциях: НИИ козга ВНШЗ АМН СССР (Москва, 1981, 1982, 1983, 1985, 1-ЗЬо, 1987, 1968), Института физиологии гм.И.С.Беритаывили (Тбилиси, 1985), Института ВИД л lib АН СССР С!осква,198о).
Структура, и объем шботы. Диссертация состоит из введеная, 6 глав, обсуждения, выводов и списка литературы. Обзор литератур-
ных данных вклачаст 141 работы отечественных и 230-иностранных авторов.
Диссертация изложена на машинописних страницах, ил-
люстрирована 50 рисунками, содеркит 7 таблиц. МЛТЕКШІ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследования были проведены на 81 половозрелой кошке в хронических условиях. В работо использовались два методических приема: нейрохирургический и электрофизиологический. Нейрогисто-логичоскек метод исследования применялся для контроля полноты нейрохирургических операций и определения локализации кончиков электродов в глубинных структурах мозга. Точки отведения корковых электродов на извилинах полушарий головного мозга определялись визуально во время извлечения мозга кивотного и отмечались тушью.
Нейрохирургический метод заключался в оперативном вмешательстве с целью разделения анализаторных и ксыиссуральных систем головного ьюзга на ряд отдельных функциональных подразделений и создания, таким образом, экспериментальных моделей с искусебонной асимметрией афреренткых систем, проводящих сенсорные влияния к структурам переднего ыозга. Техника операций бнла разработана раноо Любимовым (1968)„
Животные были разбиты на 7 акспериментальшос групп, различающихся спецк-ракой повреждения в области центральной нервной системы. Таким образам, в экспериментах были использованы:
-
интактныо гивотные (8 кошек);
-
животные с левосторонней перерезкой зрительного тракта (10 кошек);
-
животные, с левосторонней перерезкой половины покрышки среднего ыозга (16 кошек);
-
животные с комбинированной.левоеторопяей перерезкой зри тельного, обонятельного трактов и кешесуралышх систем конечного, межуточного и среднего ыозга (II кошек);
-
Еивоткые с комбинированной левосторонней перерезкой половины покрышки среднего ыозга и коикссуралышх систем конечного, кезуточного и среднего ыозга (II кошек);
-
кивотяые с комбинированной левосторонней перерезкой зрительного, обонятельного трактов и половини покрызкд среднего ыозга (12 козек);
-
тавотные с комбинированной левосторонней перерезкой
.зрительного, обонятельного трактов, половины покрышки среднего мозга и комиссуральных спсге?.і конечного, иеяуточного и среднего мозга (13 кошек).
Нейрохирургические комбинированные перерезки восходящих и комиссуральных систем осуществлялись одновременно в течение одной операции.
Электрофизиологический метод исследования заключался в регистрации у животных суммарной электрической активности ряда симметричных образований коры и мозгового ствола - соматосонсор-ных, зрительных и слуховых полей коры, хвостатых ядер, гиппокам-па„ наружных коленчатых тел и ретикулярной формации среднего мозга. Кроме ЭЭГ у вивотных регистрировалась эдектромиограмма (ЭМГ) шейных мышц и электроокулограмма (00Г).
Вживление электродов производилось чэрез 8-12 дней посла нейрохирургической перерезки соответствующих проекционных и комиссуральных путей головного мозга.
Суммарную электрическую активность регистрировали обычно биполярным способом.
Корковые электроды представляли собой серебряные шарики диаметром 0,3-0,5 мм, накладываемые эплдурально на расстоянии 3-5 мм, во так, чтобы они располагались в одной цятоархитектояи-ческой формации (согласно атласу Kornmuiier,1961 ).
Для изготовления подкорковых электродов приганялась нихро-мовая проволока диаметром 150-200 ккм в заводской изоляции. Две такие проволочки с очнззнныьа на 0,5-1,0 км кончиками скреплялись строго параллельно друг другу при кеяэлектродном расстоянии 1,0-1,5 і.м и вводились в мозг животных по стереотаксичзским координатам атласа Jasper, Ajnone-Karsan (1954-).
В некоторых случаях регистрацию осуществляли по отношению к референтному электроду, который представлял собой толстую нихромовуп проволоку дпачетром 0,3-0,4 ьм, проведенную через сагиттальный гребень и кости фронтальной пазухи и соединенную в кольцо.
Электроды для хронической регистрации миограмш шейных мышц изготовлялись из серебряной проволоки диаметром 100 мкм. Регистрирующая часть электродов, коятактирущая с мышцей, была выполнена в виде петли, которая при имплантации плотно охватывала мышцу, не требуя в ней дополнительной фиксации. Две такие про-
Волочке, распологвнные в шшце на расстоянии 1,5-3,0 см друг от друга, образовывали единый биполярный миографический электрод. .
При вгивлеяии электродов для регистрации ЭОГ через лобные .. пазуха на задней станке глазницы высверливались по два отверстия в каждой глазнице на расстоянии 0,5-0,8 м\а. Затем в эти отверстия вживлялись серебряные электроды в изоляции диаметром 0,3-0,4 мм.
После вживления электроды коракрилом фиксировались к костям черепа.
После имплантации энцефалографических, мышечных и окулогра-фических электродов их отводящие части присоединялись к многокон-тактноыу разъему, который крепился на черепе норакрилом.
ЭЭГ, ЭМГ и ЭОГ регистрировались на 16-каналъном электроэнцефалографе фирмы "Галилео" (Италия). Полоса пропускання усилителей для ЭЭГ-активности составляла от I до 50 Гц, для записи мио-граым глазных движений частота сверху ограничивалась параметрами самих усилителей.
В ряде случаев для регистрации электрической активности был использован аппаратурный комплекс oxford madiiog system который давал возмохгость регистрировать ЭЭГ, ЭМГ и ЭОГ на кассетной магнитной ленте в течение суток и получать изобракение любого временного отрезка суточной записи этих процессов на дисплее.
Количественная оценка электроэнцефалографических данных проводилась на ЭШ М6000.методами спектрального и когерентного анализов. Эпоха анализа составляла 8 сек. Данные, полученные на ЭВМ, выдавались в виде графиков и распечаток среднего процента общепринятых ритмов ЭЭГ по отношению к их полному диапазону.
У всех экспериментальных животных проводилась ежедневная регистрация ЭЭГ, ЭМГ и ЭОГ во время состояний сна и бодрствования. Для наиболее достоверного анализа временной организации цикла бодрствование-сон полиграфические исследования проводились в различное время суток - четыре часа днем (от 12 до 16 часов) и четыре часа ночью (от 24 ДО 4 часов). Ери необходимости время исследования продлевалось. Кроме ежедневных записей ЭЭГ-активности во всех экспериментальных ситуациях определялось суммарное соотношение бодрствования и различных фаз сна. С этой целью у 33 кошек, разбитых на 7 групп в зависимости от типа нейрохирургических операций (по 4 кошки в 1-й и 2*2 группах и по 5 кошек - в остальных! проводилась непрерывная круглосуточная регистрация ЭЭГ, ЭМГ и ЭОГ.
На каждом животном было проведено 3 круглосуточных записи.Различия между состоянием бодрствования и фазами сна были сделаны на основе общепринятых характеристик.
-
Идентификация бодрствования: низкоамплитудная высокочастотная суммарная активность, присутствие артефактов движения, повышенный мышечный тонус, глаза открыты.
-
Идентификация медленного сна: появление медленной веретенообразной электрической активности на фона снижения мышечного тонуса и ослабления глазодвигательных реакций; глазная щель, как правило, сомкнута..
-
Идентификация быстрого сна: мышечная атония, активность глазных движений, десинхронизация электрической активности корковых и подкорковых структур головного мозга, спайкоподобная активность в наружных коленчатых телах и гштокамповый тета-щтм; глаза закрыты.
Статистическую обработку данных по суточному содэрзанию бодрствования, медленного и быстрого сна проводили с помощью О-критерия Розенбауш, выявляющего различия в средних тенденциях для независимых выборок.