Введение к работе
Актуальность проблемы. Одним из наиболее распространенных неврологических заболеваний, резистентных к медикаментозному лечению, является височная эпилепсия (ВЭ). В 80% случаев современная медицина не в состоянии остановить прогрессирование болезни, что указывает на низкий уровень понимания механизмов этого заболевания. Большинство существующих исследований ВЭ сосредоточены на изучении свойств гинпокампа (локуса ВЭ) и энториналыюй коры. Однако данные последних лет указывают на то, что в развитии ВЭ может играть важную роль медиальная септальная область (МСО), являющаяся основным субкортикальным входом в гиппокамп и главным источником его холинергических, ГАМКергичсских и глутаматергических афферентов (Frotscher, Leranth, 1985; Freund, 1992; Sotty et al., 2003; Colom et al., 2005). В здоровом мозге основная функция МСО состоит в регуляции возбудимости гилпокампальных нейронов и организации тета-осцилляций, являющихся электрофизиологическим коррелятом процессов внимания и памяти (Виноградова и др., 1987). При развитии ВЭ мозг претерпевает мощные морфологические и функциональные изменения, включающие гиппокампальный склероз, клеточную гибель, а также существенную синаптическую реорганизацию во всей гиппокампалыю-энторинальной сети (обзоры: Babb, 1991; Engel et al., 1998; Mathern et al, 1997; Mody, 1993, 1999). Морфологические изменения в гиппокампе и энториналыюй коре во время эпилептогенеза, безусловно, влияют на их взаимоотношения с МСО. Мшистые клетки хилуса, главные мишени септальных аксонов, гибнут после эпилептического статуса. Погибают и многие гшшокампальные ГАМКергические интернейроны, которые в норме проецируются на септум. Отсутствие главной мишени септальных аксонов может приводить к нарушению эффективности модуляции тета-ритма, и создавать условия для аномальной гиперсинхронизации, приводя к появлению судорожной активности.
Данные относительно участия МСО в развитии эпилепсии пока немногочисленны и противоречивы. Некоторые работы свидетельствуют о протекторной роли МСО (Colom, 2006), другие указывают на ее способность инициировать судороги (Синельникова и др., 2008). Если свойства МСО изменяются в процессе формирования судорожного очага, важно выяснить, какова природа этих изменений, их возможные механизмы и последствия. Исследования в этом направлении необходимы для понимания механизмов формирования судорожной активности в гиппокампе и, в перспективе, для разработки эффективных методов лечения ВЭ.
Цель работы состояла в анализе нейронной активности МСО в переживающих срезах мозга животных с каиновой моделью хронической ВЭ. Основные задачи исследования были следующими:
-
Изучить характер спонтанной и вызванной афферентной стимуляцией активности нейронов МСО в переживающих срезах мозга здоровых морских свинок и животных в модели хронической височной эпилепсии (МВЭ).
-
Исследовать роль ГАМКергической модуляции спонтанной и вызванной активности нейронов МСО в срезах мозга животных в МВЭ.
-
Выяснить характер и возможные изменения осцилляторной активности нейронов МСО у животных в МВЭ по сравнению с таковой у здоровых животных.
-
Методом электрофизиологического картирования исследовать изменения в параметрах потенциалов действия и топографии нейронов МСО при развитии эпилепсии.
Научная новизна.
1 .Представленная работа является первым электрофизиологическим исследованием активности отдельных нейронов МСО морских свинок с каиновой моделью височной эпилепсии. Выявлено повышение средней частоты спонтанных разрядов септальных нейронов и значительное усиление осцилляторной клеточной активности. Впервые продемонстрировано нарушение функционирования септальной ГАМКергической системы при ВЭ, что является возможной причиной резкого изменения осцилляторных свойств нейронов МСО. Анализ вызванной афферентной стимуляцией активности нейронов МСО эпилептического мозга выявил изменение в распределении нейронов по длительности постстимульного торможения, имеющего ГАМКергическую природу.
2. Нами был разработан и впервые применен метод электрофизиологического картирования структуры в переживающих срезах мозга. Показано драматическое снижение плотности активных нейронов в срезах мозга животных в МВЭ. Выявлена корреляция электрофизиологических параметров нейронов МСО со стороной мозга, которая являлась начальным источником эпилептиформной активности. Такое нарушение симметрии септо-гиппокампальных связей при эпилепсии показано впервые.
3.Впервые продемонстрированы различия параметров электрической активности и распределения нейронов по разным областям МСО, а также их неравнозначное поражение при эпилептогенезе. При анализе временных параметров активности септальных нейронов нами обнаружено существенное увеличение длительности экстраклеточно регистрируемых потенциалов действия в МВЭ, которое может быть фактором, определяющим увеличение возбудимости септальной нейрональной сети при эпилепсии.
Обнаруженные изменения свидетельствуют о глубоком нарушении внутрисептальных межнейронных взаимодействий при эпилептогенезе, которые, очевидно, вносят значительный вклад в формирование патологической активности в септо-гиппокампальной сети и в развитие ВЭ.
Практическое значение. В настоящее время мало известно о том, как МСО контролирует возбудимость гиппокампа в эпилептическом мозге. Сравнительное исследование нейронной активности МСО у здоровых и эпилептических животных имеет важное теоретическое значение не только для понимания функционирования этой структуры, но и всей лимбической системы при развитии ВЭ. Работа имеет также и прикладное значение, поскольку имеются предпосылки рассматривать септум как потенциальную мишень для электрической стимуляции, предотвращающей появление судорог у пациентов с ВЭ, не поддающихся медикаментозному лечению. Этот подход еще не развит в России, однако в западных странах уже имеется клинический опыт по применению стимуляции блуждающего нерва для предотвращения судорожных приступов, а также исследуются возможности использования с этой же целью высокотехнологичных систем стимуляции таламуса. Согласно предварительным данным, существующие методы стимуляции мозга эффективны только для очень небольшого числа пациентов, что свидетельствует о необходимости поиска других мишеней для воздействий. Таким образом, исследования в этом направлении могут позволить разработать новые подходы для предотвращения возникновения судорожного приступа.
Апробация работы. Результаты работы были доложены на конференциях: «10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых» 2006 (Пущино); 10* Multidisciplinary International Conference of Biological Psychiatry «Stress and Behavior»,
2007 (Санкт-Петербург); Международный Междисциплинарный Конгресс «Нейронаука для медицины и психологии», 2007, 2008 (Судак); «в^Еигореап Congress on Epileptology», 2008 (Берлин); «Гиппокамп и память: норма и патология», 2009 (Пушино), Конференция молодых ученых ИТЭБ РАН «Экспериментальная и теоретическая биофизика» 2009, 2010 (Пущино). По материалам диссертации опубликованы 2 статьи, 8 тезисов, также 2 статьи приняты в печать.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из разделов «Введение», «Обзор литературы», «Материалы и методы», «Результаты»,
