Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из наиболее актуальных задач современной физиологии является изучение механизмов пластичности мозга, которые функционируют как в норме (в онтогенезе, при обучении и т.д.), так и при патологии. В последнем случае нейропластичность выражена в гораздо большей степени. Особый интерес вызывают резервы пластичности нигростриатной дофаминергической (ДА-ергической) системы, поскольку её деградация лежит в основе патогенеза одного из наиболее распространённых нейродегенеративных заболеваний - болезни Паркинсона (БП).
Нигростриатная система представлена ДА-ергическими нейронами компактной части черной субстанции (ЧС) и их аксональными проекциями в стриатуме (Суворов, 1980). Она является ключевым звеном центральной регуляции моторного поведения (Rosegay, 1944).
Функциональная недостаточность нигростриатной системы (моторные симптомы БП) возникает при достижении порового уровня её деградации (на 60-80%). Надпороговая гибель ДА-ергических нейронов ЧС может продолжаться многие годы (Ehringer and Hornykiewicz, 1960). Наиболее часто длительное бессимптомное течение БП связывают с компенсаторной активацией сохранившихся ДА-ергических нейронов нигростриатной системы, выраженной в усилении синтеза и выделения ДА в синаптическую щель, а также в снижении скорости его обратного захвата (Zigmond, 1997).
Компенсаторные резервы сохранившихся ДА-ергических нейронов остаются неизвестными, т.к. БП диагностируют при их исчерпании - после появления моторных симптомов заболевания. Оценка компенсаторного потенциала сохранившихся нейронов представляется возможной при сравнительном анализе функциональных показателей ДА-ергических нейронов на двух стадиях развития БП - досимптомной и симптомной. Поскольку изучение состояния нигростриатной системы человека на досимптомной стадии развития БП невозможно ввиду отсутствия доступной своевременной диагностики, выходом из положения является экспериментальное моделирование данного заболевания на животных. Однако подавляющее большинство описанных в литературе моделей БП воспроизводят выраженную
симптомную стадию заболевания (Strome and Doudet, 2007). И только ограниченное число работ посвящено моделированию досимптомной стадии паркинсонизма. При этом исследований, в которых воспроизводили бы одновременно обе стадии БП с целью их сравнительного анализа, - единицы (Pifl and Hornykiewicz, 2006; Perez et al., 2008). Причем ни в одном из указанных исследований не дана комплексная оценка всех трёх предполагаемых механизмов компенсации функций погибших нейронов нигростриатной системы - синтеза ДА, его выделения и обратного захвата. Поэтому первая часть настоящей работы посвящена изучению компенсаторных резервов сохранившихся ДА-ергических нейронов нигростриатной системы в процессе прогрессирования её деградации (на досимптомной и симптомной стадиях паркинсонизма у мышей).
Заманчиво предположить, что полученные в первой части работы данные могли бы быть использованы в терапии БП - медикаментозном управлении компенсаторными процессами. Так, в случае снижения эффективности того или иного функционального показателя сохранившихся ДА-ергических нейронов его искусственное усиление могло бы продлить стадию бессимптомного течения заболевания. Вероятно, данный терапевтический подход имел бы успех при его применении до момента срыва компенсаторных процессов, а следовательно, на досимптомной стадии развития БП. Однако единственный метод, который может позволить диагностировать БП в указанный период -позитронно-эмиссионная томография, является дорогостоящим и редким, а поэтому не может быть применен при диспансеризации населения. В связи с этим второй задачей нашего исследования была проверка гипотезы о возможности использования легкодоступной фармакологической «провокации» кратковременной функциональной недостаточности нигростриатной ДА-ергической системы в период скрытого развития БП как способе диагностики данного заболевания.
Цель работы: изучение компенсаторных процессов в нигростриатной системе при различной степени её деградации, а также доклиническая разработка экономичного и широкодоступного метода диагностики БП на досимптомной стадии течения заболевания.
Задачи исследования:
Оценка основных функциональных характеристик нигростриатной ДА-ергической системы на моделях досимптомной и симптомной стадий БП у мышей: скорости синтеза, выделения и обратного захвата ДА.
Фармакологическая «провокация» кратковременных нарушений моторного поведения у мышей на модели досимптомной стадии БП.
Научная новизна. В настоящей работе впервые получена информация о функциональном состоянии отдельных сохранившихся ДА-ергических нейронов при различной степени деградации нигростриатной системы мышей, соответствующей досимптомной и симптомной стадиям БП у человека. Дана оценка активности тирозингидроксилазы (ТГ), скорости синтеза, выделения и обратного захвата ДА. На основании полученных данных проведен сравнительный анализ двух стадий паркинсонизма, что позволило выяснить, изменение какого(-их) из свойств нейронов может быть одной из причин появления нарушений моторного поведения.
В исследованиях на экспериментальной модели досимптомной стадии БП успешно разработана принципиально новая, легко воспроизводимая и экономичная технология диагностики скрытой формы заболевания - так называемый «провокационный тест», основанный на кратковременном частичном выключении синтеза ДА в ДА-ергических нейронах нигростриатной системы путем введения обратимого ингибитора ТГ - ключевого фермента синтеза ДА. При этом впервые показано отсутствие длительных и необратимых эффектов выбранного ингибитора ТГ на активность фермента в сохранившихся ДА-ергических нейронах частично деградировавшей нигростриатной системы, а также на общее содержание ДА в телах и аксональных терминалях нейронов и моторную активность животных.
Научная и практическая значимость работы. Полученные данные расширяют и углубляют представления о потенциальных возможностях ДА-ергических нейронов изменять эффективность основных функциональных свойств - скорости синтеза, выделения и обратного захвата ДА при прогрессирующей деградации нигростриатной системы. Это, в свою очередь, позволяет приблизиться к пониманию механизмов, лежащих в основе появления нарушений двигательной активности при БП, а следовательно,
может быть использовано при разработке новых или совершенствовании существующих методов лечения данного заболевания.
Разработанный метод кратковременной фармакологической «провокации» нарушений произвольной двигательной активности на досимптомной стадии развития БП ввиду успешной апробации в исследованиях на животных может быть рекомендован для клинических испытаний в специализированных неврологических клиниках с целью выявления скрытой формы данного заболевания у людей.
Личное участие автора. В диссертацию вошли результаты экспериментов, проведенных непосредственно автором. Выводы сформулированы на основе полученных в ходе исследований оригинальных данных и соответствуют заявленной цели.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы были представлены на: Конференции молодых ученых Института биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН (Москва, 2009 г.), конференции «Теория функциональных систем: концептуальные и экспериментальные аспекты» (Москва, 2009 г.), XXI Съезде Физиологического общества им. И.П. Павлова, 2010 (Калуга, 2010 г.), Первой Международной междисциплинарной конференции «Современные проблемы системной регуляции физиологических функций» (Сафага, Египет, 2010 г.), V Международной конференции «Биологические основы индивидуальной чувствительности к психотропным средствам» (Клязьма, 2010 г.), II Национальном конгрессе по болезни Паркинсона и расстройствам движений (Москва, 2011 г.), IV International Meeting «Early Events in Human Pathologies» (Ереван, Армения, 2011 г.), 41st annual meeting Society for Neuroscience (Вашингтон, США, 2011 г.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов, обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 247 источников. Работа изложена на 127 страницах машинописного текста и содержит 30 рисунков.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 статьи в журналах перечня ВАК, 9 тезисов докладов на российских конференциях, 3 тезисов докладов на зарубежных конференциях.
