Введение к работе
Актуальность проблемы. В совремешсых нейронауках проблема пла-;тичности нервной системы занимает особое место. Это связано прежде всего с гем, что высшая нервная деятельность человека и животных есть проявление пла-;тических свойств мозга. Механизмы функциональной и структурной шастичности лежат также в основе компенсации трушенных нервных функций.
Считается, что работа мозга характеризуется образованием устойчивых функциональных констеллящш с жесткими и лабильными звеньями, которые под-іерживаются взаимосвязанной, комплексной матрицей памяти (Конорский, 1968; Бехтерева, 1988; Батуев, 1991). Причем, признается существование одной памяти т уровне отдельного нейрона и другой памяти на уровне системы нейронов. Здиночный нейрон фиксирует пластические изменения своих входов, а система іейронов запечатлевает образ побудитель (Ашмарин, Титов, 1988).
Наибольшую актуальность представляет сейчас выяснение особенностей и ^становление соотношений молекулярного, клеточного и системного уровней организации индивидуальной адаптивной деятельности мозга (Котляр, 1989).
Большое значение для понимания пластических модификаций имеет пучение молекулярных механизмов действия эндогенных регуляторних пептидов. Уличительной чертой этих соедотешй является их способность влиять сразу на гесколько функций одновременно. Нейропептиды (вместе с другими регулятор-шми соединениями) образуют функционально непрерывную систему, функщго-штьный континуум, который обеспечивает существование длительных регулятор-шх процессов (Ашмарин, Обухова, 1986; Ашмарин, Каменская, 1988). Особое інимание заслуживает дельта-сон индуцирующий пептид (ДСИП), обладающий ;войством вызывать при его введении активность мозга, характерную для медлен-юволновой фазы сна. Именно медленноволновая активность является одним из показателей протекания адаптациошгых изменений, обеспечивающих защиту и на-іежность работы нервной системы (Бехтерева, 1994).
Показано, что регуляторные свойства ДСИП проявляются более выражено три воздействии на организм экстремальных факторов, установлены хронобио-югические, антистрессорные, терморегуляторные и другие эффекты пептида Когогак и др., 1982; Судаков, 1984; Менджерицкий, Лысенко, 1995). Однако, механизмы проявления полифункциояальньк и длительных по времени воздействия га организм эффектов ДСИП являются предметом дискуссий.
Воздействие экстремальных факторов на организм ведет к рассогласованию уществующих структурно-функциональньгх ансамблей мозга и сопровождается )асстройствами памяти, процесса обучения и др. В этих условия перспективным в медицинской практике оказалось примекеїше ноотропных препаратов, которые іктивируют высшую интегративную деятельность мозга, стимулируют процесс
обучения и обладают антиамнестическими свойствами, а также увеличиваї устойчивость к химическим и физическим повреждающим воздействиям (Giurge 1972; Воронина, 1989; Машковский, 1993).
В связи с этим целью работы явилось изучение механизмов участия ДСИІ н пирацетама (стандартного ноотропа) в процессах нейрональной пластичности норме и при экстремальном воздействии. В работе наибольшее внимание уделен изучению комплекса нейрохимических реакций и их проявлению на ультрастру* турном уровне.
В качестве экспериментального воздействия использовали модель гипер барической гипероксии (0,3 МПа - 2 часа), когда на ЭКоГ появляются отдельны эпизоды эпиактивности у экспериментальных животных и для которой харакгерн нарушение функционального состояния мембран под влиянием избытка кислород (Кричевская и др., 1980).
В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачі исследования :
-
Изучить влияние ДСИП, пирацетама и комбинации двух препаратов н; ультраструктуру нейронов и межнейронных контактов Щ - V слоев сенсомоторноі коры головного мозга интактньк и подвергнутых воздействию повышенного дав пения кислорода (0,3 МПа в течение 2 часов) крыс.
-
Определить нейрохимические корреляты морфо-фушсциональным пере стройкам при введении ДСИП, пирацетама и комбинации двух препаратов. Дш этого с помощью биохимических методов изучить функциональное состояние различных типов мембран, оцениваемое по изменениям в системе перекисногс окисления липидов и активности транспортных АТФ-аз.
-
Исследовать соотношение нейромедиаторных аминокислот в си-наптической фракции хоры больших полушарий - ГАМК, глутамшювой и аспара-гиновой кислоты, как показатель функционального состояния синаптической передачи.
Научная новизна работы:
-
Впервые проведен комплексный анализ морфологических и ряда нейрохимических показателей, отражающих функциональные изменения на разных уровнях организации деятельности мозга: ультраструктурном и молекулярном (тканевом и субклеточном) - в норме и в условиях предельно допустимого терапевтического режима пшероксигенации.
-
Определены соотношения ультраструктурных перестроек в организации пирамидных нейронов и межнейронных контактов Ш-V слоев сенсомоторнои коры животных в связи с гипероксическими нарушениями и адагггогенными эффектами ДСИП и пирацетама. Установлено, что модуляторное действие нейропептида (ДСИП) может реализовываться на уровне молекулярных механизмов си-
наїтгаческой пластичности, что приводит к длительным морфо-функциональньш перестройкам синаптоархитектоники и ее метаболического обеспечения при дейст-віш повыпгешюго давления кислорода. Это проявляется в дифференцированном изменении баланса нейромедиаторных кислот в сторону превалирования тормозных процессов.
-
Впервые показано, что совместное действие ДСИП и пирацетама приводит к кумулятивному эффекту этих двух препаратов, создавая состояние преадап-тации, свойственное эффектам ДСИП, и поддерживая энергетический баланс в ткани, свойственное действию пирацетама.
-
Получены убедительные свидетельства о вовлечении в процессы нейро-нальной пластичности системы перекисного окисления липидов в синаптичесхих мембранах и о модулирующем влиянием ДСИП и пирацетама на эти показатели в мозге как в норме, так и при птероксии.
Теоретическое и практическое значение. Полученные в работе данные представляют существенный интерес для понимания механизмов модуляции си-наптической передачи нейропептидами и такими психотропными препаратами, как пирацетам. Показаны некоторые механизмы синаптических модификаций при экстремальных воздействиях и обоснованы компоненты психофармакологического влияния на патологические сдвига в ЦНС, что может быть перспективным при создании эффективных адагггогенных препаратов.
Показано, что адаптогенное влияние ДСИП и пирацетама направлено на установлешге оптимального соотношение тормозных и возбуждающих процессов в мозге, а для осуществления пластических перестроек важным компонентом является целостность нейрональных мембран и трансмембранных молекулярных комплексов.
Результаты имеют непосредственное практическое значение для медицины, так как показано, что применение ноотропного препарата совместно с эндогенным пептидом (ДСИП) соответствовало достижению наибольшей нейропротекции при действии ГБО у экспериментальных животных.
Основные положения выносимые на зашиту:
-
Повышение адаптивных возможностей мозга к различным экстремальным воздействиям с помощью эндогенного адагггогена пептидной природы - дельта-сон гаадуцирующего пептида и фармакологического препарата ноотропного действия -пирацетама, сопровождается морфо-функциональными перестройками, оптимизирующими специфические адаптивные реакции.
-
Повышение адаптивных возможностей мозга к гапероксическому воздействию с помощью деяьта-сон индуцирующего пептида смещает баланс между активностью возбуждающих и тормозных синапсов в сторону последних.
3. Совместное применение ДСЙП и пирацетама в условиях гипербароокси-генадии усиливает адаптогенньш эффект каждого из них, проявляясь как в активации тормозной системы синаптическои передачи, так и в усилении метаболических и энергетических процессов в неокортексе.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на 1-ой международной зимней школе молодых российских исследователей по нейрохимии "Современные проблемы в изучении метаболизма мозга" (Санкт-Петербург, 1994), на 2-ом Международном конгрессе Всемирной Федерации Обществ исследователей сна (Нассау, 1995), на XI Международной конференции по нейрокибернетике (Ростов-на-Дону, 1995), на 2-ой Европейской Встрече по Нейронаукам (Страсбург, 1996), на заседании Ростовского отделения Всероссийского физиологического общества (Ростов-на-Доігу, 1996).
Публикация результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения и вьвзодов. Работа содержит таблиц и рисунков. В списке литературы приведено источников, из них иностранных авторов.