Введение к работе
Актуальность проблемы Проблема боли и обезболивания волнует человечество издавна и занимает одно из центральных мест в исследованиях современной биологии и медицины Боль имеет сложную нейробиологическую основу и включает такие компоненты, как мотивации, эмоции, сознание, соматические, вегетативные и поведенческие реакции, память, и связана с действительным или потенциальным повреждением ткани До последнего десятилетия практически все фундаментальные исследования, связанные с болью, были посвящены изучению механизмов кратковременной, острой, физиологической боли, играющей роль сигнального механизма, предупреждающего и предохраняющего организм от воздействия альгогенных факторов внешней среды Благодаря интенсивным исследованиям механизмов боли на разных уровнях нервной системы, достигнут значительный прогресс в понимании того, как боль воспринимается, обрабатывается и затормаживается (Кассиль, 1975, Вальдман, Игнатов, 1976, Мелзак, 1981, Калюжный, 1984, Решетняк, 1985, Игнатов, 1986, Лиманский, 1986, Михайлович, Игнатов, 1990, Лебедев и др , 1995, Melzack, Wall, 1965, 1983, Basbaum, Fields,1978, Wall, 1984, Fields, 1987, Wall, Melzack, 1989, Gebhart, 2004, Dubner, 2005, Ren et al, 2005, Willis, 2006)
В меньшей степени исследован другой тип боли - продолжительная, тоническая, патологическая боль, нарушающая жизнедеятельность организма и часто встречающаяся в клинике (Крыжановский, 1980, 1999, 2000, Смолин, 1981, Кукушкин, 2003, Coderre et al, 1993, Melzack, 1999, Hunt, 2006) Этот тип боли с трудом подвергается купированию, и ее механизм в большинстве случаев до сих пор остается загадочным Актуальность изучения механизмов патологической боли совершенно очевидна Проблема эта мультидисциплинарна и затрагивает не только фундаментальный и медицинский аспекты, но и социальный и экономический, так как боль лишает человека трудоспособности и наносит ущерб обществу Тонической боли, в отличие от острой, присущи характерные нейрофизиологические, нейрохимические, психологические и клинические проявления (Кассиль, 1975, Dennis, Melzack, 1979, Мелзак, 1981, Wall, 1984, Basbaum, 1999, 2000) Патологическая боль, вызванная очагом воспаления (inflammatory pain), отличается качественным физиологическим своеобразием, поскольку она, в отличие от острой боли, воздействует на нервные центры передачи и обработки ноцицептивных сигналов, модифицируя механизмы центральной и периферической регуляции болевой чувствительности (Basbaum, 1999, Yosmmura et al, 2004)
Болевая чувствительность, один из важнейших механизмов адаптации к средовым факторам, проявляется уже на ранних этапах онтогенеза Вместе с тем тонкие приспособительные реакции, связанные с ноцицепцией, возникают на более поздних этапах индивидуального развития Формирование базисных механизмов тонической боли в процессе индивидуального развития, процессов ее эндогенной регуляции и зависимость от внешних факторов, особенно в «критические» периоды развития, является практически не изученной областью
Хотя в последние годы появились оригинальные исследования по онтогенезу тонической боли (Anand et al, 2000, 2006, Fitzgerald, Howard, 2003, McGrath, 2005), до сих пор отсутствует объективная оценка состояния ноцинептивяой системы, особенно в неонатальном периоде развития (Boyle et al, 2006, Stevens, 2006) Чрезвычайно остро стоит эта проблема перед клиницистами
Прежнее представление о слабом ощущении боли новорожденными из-за незрелого состояния их нервной системы привело к неуместному прекращению применения анальгетиков при болезненных хирургических вмешательствах и в послеоперационный период На сегодняшний день, хотя и очевидно, что новорожденные способны чувствовать боль, использование медикаментозной, в большинстве случаев опиоидной, анальгезии на них все еще ограничено по сравнению с взрослыми пациентами из-за опасения побочных эффектов (Stamer et al, 2005, Stevens, Riddell, 2006) Однако перенесенные в раннем онтогенезе болевые ощущения и связанные с ними негативные эмоции оставляют, как свидетельствуют исследования последних лет, долговременные нарушения в центральной нервной системе (McGrath, Fmley, 2003, Fitzgerald, 2007, Schmelzle-Lubiecki et al, 2007) Столь же неизученными являются особенности характеристик болевого поведения в препубертатном и пубертатном периодах постнатального развития (Schechter et al, 2003), характеризующихся существенным изменением баланса в гормональных и нейромедиаторных системах Фармакологические воздействия на болевые ощущения в этом возрасте осуществляются без учета особенностей переходного периода индивидуального развития и осуществляются по взрослому типу
В последнее время большое внимание уделяется исследованию фундаментальных механизмов, обуславливающих нарушения регуляторных систем развивающегося организма, которые возникают после воздействия неблагоприятных факторов внешней среды в пренаїальньїй период индивидуального развития (Науменко и др, 1990, Батуев и др, 1996, Резников и др, 2000, 2006, Отеллин, Хожай, 2002, Ордян, 2005, Отеллин и др, 2007, Barbazanges, 1996, Muneoka et al, 1997, Wemstock
2006, Hodgson et al, 2007) Особое внимание в этом аспекте уделяется материнскому стрессу во время гестаций и его последствиям, проявляющимся в функциональных системах потомства (Науменко и др, 1990, Батуев и др, 1996, Резников и др, 2000, 2004, Шаляпина и др, 2001, Отеллин, 2002, Ордян, 2005, Отеллин и др, 2007, Takahastu et al, 1992, Seckl, 2001, Wemstock, 2001, Kofman, 2002, Huizmk et al, 2004, Knackstedt et al, 2005, Wemstock, 2006, Hodgson et al, 2007) Исследование постнатальных проявлений подобных нарушений помогает вскрыть важные закономерности развития организма и его взаимоотношений с внешней средой Гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковую систему рассматривают как одну из главных, участвующих, вместе с рядом нейротраисмиттерных систем, в опосредовании пренатального стресса Среди последних важное место принадлежит серотонину (Науменко, 1988, Отеллин, Хожай, 2002, Peters, 1988, Barbazanges, 1996, Slotkm et al, 1996, Muneoka et al, 1997, Hayashi et al, 1998), который в раннем эмбриогенезе активно участвует в процессах морфогенеза и формирования тканей и органов (Отеллин, Коржевский, 1996, Отеллин, Хожай, 2002, Lauder et al, 1981), а позднее начинает функционировать как медиатор, принимая важное участие в передаче ноцицептивных сигналов (Zemlan et al, 1988, Abbott etal, 1997, Doak, Sawynok, 1997, Obata et al, 2001, Sommer, 2004) Роль этого биологически активного вещества в пренатальном развитии тонической болевой системы не исследована К настоящему времени показано, что пренатальный стресс и связанное с ним увеличение уровня глкжокортикоидов в организме матери и плода нарушают структурно-функциональные характеристики развивающейся нервной системы, баланс в нейромедиаторньгх (опиоидных, моноаминергических и др) и гормональных системах, рецепторную функцию и этим изменяет реакцию на стресс у потомсіва (Науменко и др, 1990, Резников и др , 1999, 2004, Шаляпина, Ордян, 2000, Отеллин, 2004, Ордян, 2005, Отеллин и др , 2007, Fameli et al, 1994, Peters, 1998, Meerlo et al, 2001, Hodgson et al, 2007) Поскольку, с одной стороны, тоническая боль как ощущение есть результат функционирования разных уровней и звеньев нервной системы, а, с другой стороны, являясь стрессорным ответом на ноцицептивный раздражитель, тоническая боль тесно связана с гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системой (Aloisi et al, 1996), то изменения в центральной нервной системе, вызванные нарушением нейротрансмиттерного и гормонального баланса у пренатально стрессированных особей, не могут не отразиться на функциональных показателях ноцицептивной системы. Учитывая важную роль этих двух систем в регуляции общего поведения и психического статуса, есть основания полагать, что в показателях тонической боли у пренатально стрессированных особей
находит отражение их психо-эмоциональное состояние На необходимость изучения влияний пренатального стресса на ношщептивную систему в последние годы указывается в современной литературе (Anand, 2000, 2006, McGrath, Fmley, 2003), однако, такие работы крайне немногочисленны и касаются только острой боли (Szuran et al, 1991, Sternberg, 1999, Sternberg, Ridgway, 2003) Очевидно, что для того чтобы выяснить механизм пренатальних повреждений и найти эффективный путь для коррекции их последствий (не только в болевой чувствительности, но и в психоэмоциональном состоянии) важно знать, как рано в онтогенезе и каким образом эти изменения проявляются, как они изменяются у разнополых особей особенно в переходные периоды индивидуального развития
Вышеизложенные факты дают основание предполагать тесные взаимоотношения между серотонинергической и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системами как важного фактора в механизмах влияния пренатального стресса на формирование и развитие тонической ноцицептивной системы, и что изменения ее характеристик, можно рассматривать в качестве объективного индикатора глубины повреждения пренатальным стрессом функций мозга в постнатальном периоде онтогенеза
Цель и задачи исследования Целью работы явилось исследование характеристик продолжительной, тонической боли в определенные периоды постнатального онтогенеза - инфантильном (7 сут), препубертатном (25 сут), пубертатном (40 сут) - и у взрослых (90 сут) особей в норме и после пренатальных стрессорных воздействии, исследование участия 5-НГ в пренатальном развитии тонической болевой системы и в опосредовании механизмов влияния пренатального стресса на характеристики тонической боли В соответствии с этим были поставлены основные задачи
исследовать характеристики продолжительной боли, вызванной процессом воспаления, по показателям двухфазного поведенческого ответа (ДПО) в классическом ноцицептивном формалиновом тесте и охарактеризовать их особенности у самок и самцов крыс в инфантильном, препубертатном, пубертатном периодах развития и у взрослых,
изучить долговременные влияния пренатального стресса на возрастные и половые характеристики острой и тонической боли в перечисленные выше периоды индивидуального развития,
оценить роль 5-НТ в пренатальном становлении тонической ноцицептивной системы у самок и самцов крыс препубертатного периода развития и у взрослых животных,
исследовать участие серотонинергической системы в модифицирующем действии пренатального стресса на характеристики острой и тонической боли в формалиновом тесте у крыс обоего пола в препубертатный период развития и у взрослых животных, оценить роль периферических 5-НТЗ рецепторов в опосредовании боли в формалиновом тесте
Основные положения, выносимые на защиту
Модель «формалиновый тест» впервые использована для исследования характеристик продолжительной боли в инфантильном, препубертатном, пубертагном периодах индивидуального развития и у взрослых особей в норме и после пренатальных воздействий
Продолжительная боль при воспалении проявляется своеобразно в каждом из исследованных возрастных периодов развития, по-разному в паттернах спинального и супраспинального уровней
Межфазный интервал в ДПО не является периодом покоя, продолжительность межфазного интервала определяется процессом торможения
Пренатальный стресс вызывает долговременные изменения в исследуемом поведенческом болевом ответе, зависимые от возраста и пола, изменяет функциональную активность нисходящей тормозной системы модуляции ноцицепции, по-разному влияет на показатели острой и тонической боли
Серотонин участвует в пренатальном развитии тонической ноцицептивной системы и в модифицирующем действии пренатального стресса на ее морфофункциональные характеристики, пониженный синтез серотонина в эмбриональном периоде потенцирует действие пренатального стресса, проявляющееся в резком усилении тонической болевой реакции у крыс препубертатного периода развития и в разнонаправленном ее изменении у взрослых крыс, при этом показано участие 5-НТЗ рецепторов
Научная новизна исследования
Впервые показано, что продолжительная болевая реакция, вызванная очагом воспаления в формалиновом тесте, характеризуется в каждом исследованном периоде постнаталъного онтогенеза своеобразными особенностями, проявляющимися различно в паттернах, организованных на спинальном и супрасниыаяьном уровнях, в первую,
острую и во вторую, тоническую фазы ДПО На основании увеличения продолжительности межфазного интервала с возрастом выдвинуто положение об усилении на протяжении исследованного возрастного интервала активности супраспинальных нисходящих тормозных систем, модулирующих входной ноцицептивиый сигнал Установлена высокая информативность межфазного интервала как индикатора тормозных процессов Опровергается представление о межфазном интервале как периоде покоя
Впервые продемонстрировано, что пренатальные стрессорные воздействия вызывают долговременные нарушения в структурах мозга, вовлеченных в опосредование болевого ответа и его изменения, зависимые от возраста и пола Впервые полученные данные на ноцицептивной тонической системе существенно расширяют представление об изменении пренатальным стрессом не только репродуктивных, но и других адаптивных видов поведения
Принципиально новыми являются сведения о важной роли 5-Ш в пренатальном развитии, функционировании тонической ноцицептивной системы и в опосредовании модифицирующих влияний пренатального стресса на нее, показана роль 5-НТЗ рецепторов в этом процессе
Впервые сформулирована, подвергнута экспериментальной проверке и подтверждена гипотеза о нарушении пренатальным стрессом регуляторной системы ноцицепции, супраспинаяьной нисходящей серотонинергической системы, модулирующей сигналы тонической боли на уровне задних рогов спинного мозга
Теоретическая и практическая значимость работы В работе обосновывается новое направление исследований возрастных особенностей функциональной активности ноцицептивной тонической системы и модифицирующих влияний на нее пренатального стресса, в основе которых важная роль принадлежит серотонинергическим механизмам
Представлены веские факты, свидетельствующие, что в основе межфазного интервала (ранее рассматриваемого как период покоя) в формалиновом тесте лежит процесс торможения, обусловленный активностью супраспинальных тормозных систем
Раскрыт один из механизмов влияния пренатального стресса на тоническую боль чувствительным к пренатальному стрессу звеном является регуляторный механизм эндогенной нисходящей серотонинергической системы, осуществляющий модуляцию ноцицептивного входного сигнала на уровне задних рогов спинного мозга
Существенный вклад в познание механизмов пренатального стресса вносят приоритетные данные о том, что пренатальные стрессорные воздействия вызывают долговременные нарушения в структурах мозга, причастных к ноцидепции и чпо пониженный уровень 5-НТ в эмбриональном периоде повышает уязвимость ноцицептивнои системы к пренатальному стрессу, при этом показано участие 5-НТЗ рецепторов Эти данные открывают путь для поиска новых фармакологических препаратов
Представленные данные позволяют даіь рекомендации при исследовании пренатальних стрессорных влияний на поведенческую экспериментальную тоническую боль учитывать интенсивность и характер сгрессорных воздействий, период пренатального развития в момент его нанесения, возрастные и половые особенности болевого поведения, использовать для оценки боли реакции, интегрированные на разных уровнях центральной нервной системы, учитывая их разную информативность
Практическое значение имеют выявленная высокая болевая чувствительность в инфантильный период развития, что указывает на недопустимость существующего в клинике недостаточного обезболивания новорожденных во время операции и в послеоперационный период, так как это грозит отклонениями в развитии центральной нервной системы, а также результаты исследования с селективным антагонистом рецепторов серотонина типа 3, показавших, что пренатальные стрессорные воздействия изменяют обезболивающий эффект препаратов Практическое значение изучения влияний пренатального стресса на тоническую боль определяется вовлеченностью серотонинергической и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой систем в опосредование психоэмоционального состояния и имеющимися клиническими наблюдениями о возможной корреляции между тревожным и депрессивным состоянием, с одной стороны, и ощущением продолжительной боли, с другой Более того, поскольку боль модифицирует ответ на анксиолитические препараты, используемые для снижения уровня тревожности, то для повышения эффективности их действия необходима коррекция болевой чувствительности с учетом возрастных особенностей
Полученные новые данные вносят существенный вклад в развитие возрастной физиологии боли при воспалении (Guy, Abbott, 1992, Abbott, 1995, Ban-, 1998, Anand, 2000, Fitzgerald, Howard, 2003, McGrath, 2005)
Полученные данные целесообразно учитывать при составлении лекционных курсов по физиологии для медицинских институтов и университетов
Полученные результаты исследований по приглашению международной редколлегии включены отдельной главой в первую по данной тематике коллективную монографию («Perinatal programmmg Early life determinants of adult health and disease» Eds Hogson & Сое Taylor and Francis London and New York, 2006)
Апробация работы. Результаты работы были представлены и обсуждены на научной конференции «Новое в изучении пластичности мозга» (Москва, 2000), XVIII Съезде Всероссийского физиологического общества им ИП Павлова (Казань, 2001), Международной конференции «Механизмы функционирования висцеральных систем», поев 75-летию со дня рождения AM Уголева (Санкт-Петербург, 2001), 10th World Congress on Pain (USA, San Diego, 2002), Международном мультидисциплинарном конгрессе «Прогрессивные научные технологии для здоровья человека», Международном симпозиуме «Интегративная медицина - путь к здоровью человека в сегодняшнем мире» и 2-ом Международном симпозиуме «Стресс и экстремальные состояния» (Кара-Дат, Феодосия, Крым, Украина, 2003), 1st British/Italian meeting on pam "Traditional and innovative approaches to pain" (Italy, Siena, 2004), 1-ом Международном Междисциплинарном конгрессе «Достижения нейронауки для современной медицины и психологии» (Судак, Крым, Украина, 2005), Международном симпозиуме, посвященном 80-летию Института физиологии им И П Павлова РАН (Санкт-Петербург, 2005), 11th World Congress on pam (Australia, Sydney, 2005), 8th European College of Neuropsychopharmacology, (Moscow, 2005), 1-ой Международной научно-практической конференции «Высокие технологии, фундаментальные и прикладные исследования, образование (Санкт-Петербург, 2005), XIII Международном совещании и VI школе по эволюционной физиологии Санкт-Петербург, 2006
Публикации По материалам диссертации опубликовано 34 научные работы в отечественной и зарубежной печати
Структура диссертации Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, выводов и списка литературы, содержащего 380 источников Работа изложена на 237 страницах машинописного текста, включая 3 таблицы и 40 рисунков
