Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Кататоническне реакции 11
Определение, история изучения и эволюционное значение кататопических реакций 11
Факторы, вызывающие каталитическую реакцию. Виды каталепсии 17
1.1.3. Физиологическая основа кататонической реакции.
Моноаминергические системы мозга 22
1.1.4. Генетика кататонических реакций. Создание линии крыс
ГК. 28
1.2. Характеристика линии ГК. Линия ГК как экспериментальная
модель психопатологии человека 33
1.3. Вклад материнских влияний в формирование функций потомков
Роль ранних воздействий в становлении функций организма у животных 39
Материнское поведение у крыс 41
1.3.3. Роль материнского поведения в формировании функций
потомков 50
Глава 2. Материалы и методы
2.1. Характеристика экспериментальных животных 58
Схема эксперимента по изучению связи между каталепсией и «нервностью» 58
Схема эксперимента по изучению влияния ранней материнской среды на экспрессию каталепсии 60
2.4. Оценка щипковой каталепсии 61
2.5. Оценка каталепсии вызываемой в соответствии с селекционным
критерием 62
Оценка «нервности» 62
Исследование амплитуды рефлекса вздрагивания 63
Тестирование в «открытом поле» 63
Тестирование в светло-темной камере 64
2.10. Исследование материнского поведения в домашней клетке 64
2.11. Исследование материнского поведения в тесте по возвращению
крысят в гнездо 65
Определение моноаминов в отделах мозга и надпочечниках 66
Статистический анализ 69
Глава 3. Результаты исследования
3.1. Изучение связи между каталепсией и «нервностью» 71
Исследование выраженности каталепсии и «нервности» у потомков от гомогенных скрещиваний «нервных» и застывающих крыс линии ГК.... 71
Исследование амплитуды рефлекса вздрагивания у потомков от гомогенных скрещиваний «нервных» и застывающих крыс линии ГК 73
3.1.3. Исследование поведения потомков от гомогенных скрещиваний
«нервных» и застывающих крыс линии ГК в тесте открытого поля 76
3.1.4. Исследование поведения потомков от гомогенных скрещиваний
«нервных» и застывающих крыс линии ГК в тесте светло-темной камеры. .11
3.1.5. Исследование уровня моноаминов в мозге и надпочечниках у потомков
от гомогенных скрещиваний «нервных» и застывающих крыс линии ГК 80
3.2. Изучение влияния ранней материнской среды на экспрессию
каталептической реакции 82
Исследование влияния межлинейного перекрестного воспитания на длительность каталепсии в разных возрастных группах у крыс линий ГК иВистар 82
Исследование влияния межлинейного перекрестного воспитания на уровень катехоламинов в мозге крыс линий ГКиВистар 84
3.2.3. Исследование материнского поведения крыс линий ГКиВистар 85
Глава 4. Обсуждение результатов 97
Выводы ПО
Приложение 111
Список цитируемой литературы 115
Введение к работе
Актуальность проблемы. Кататонический синдром в психиатрии объединяет как застывание, в том числе каталепсию (обездвиженность с элементами так называемой «восковой гибкости»), так и нецеленаправленное двигательное возбуждение (Kriiger et al., 2003; Gross et al., 2008). Данный синдром наиболее характерен для шизофрении (Башина, 1980; Колпаков и др., 1985; Kriiger et al., 2003; Ungvari et al., 2007; Wong et al., 2007), а также наблюдается при других нервных и психических патологиях, например при депрессии (Weitbrecht, 1960; Kriiger et al., 2003), аутизме (McCarthy, 2007), синдроме Туретта (Cavanna et al., 2008).
Вместе с тем, кататонические реакции встречаются в животном мире и входят в репертуар нормального адаптивного поведения (Gallup, Mazer, 1977). Различные элементы поведения животных могут рассматриваться как потенциальные модели более сложных форм поведения человека, нормальных и патологических. На основании эволюционных представлений B.F. Колпаков предложил гипотезу, согласно которой шизофрения является проявлением чрезмерно низкого порога кататонического типа реагирования, и животные с повышенной предрасположенностью к кататоническим реакциям могут быть рассмотрены в качестве модели данного заболевания (Колпаков, 1990). Некоторые фармакологические и биохимические данные также свидетельствуют в пользу того, что каталепсия может быть моделью шизофрении (Kornhuber, 1983; Feldkircher et al., 1984).
В Институте цитологии и генетики СО РАН путем селекции из крыс линии Вистар на предрасположенность к каталепсии была создана аутбредная линия крыс ГК, названная так по первым буквам слов «генетическая каталепсия» (Барыкина и др., 1983; Колпаков, 1990). В результате сравнения характеристик крыс линии ГК с гомологичными показателями, описанными при шизофрении, было обнаружено
значительное сходство (Kolpakov et al, 1996):" Помимо предрасположенности к длительному застыванию, и более выраженной, чем у крыс Вистар, нейролептической (Колпаков и др., 1995), щипковой (Колпаков и др., 1999а) и послесудорожной (Kolpakov et al., 1996) каталепсии, крысы ГК демонстрируют сниженную спонтанную двигательную и ориентировочную активность (Барыкина и др., 1983; Штильман и др., 1988; Петрова, 1990), повышенную раздражительность (Колпаков и др., 1999а), выраженную, в частности, в увеличенной амплитуде рефлекса вздрагивания (Popova et al., 2000). Кроме того, для крыс линии ГК характерна повышенная чувствительность Ог-рецепторов (Kolpakov et al., 1996), сниженная плотность 5-НТ2-рецепторов (Попова и др., 1985; Kulikov et al., 1995) и дефицит моноаминов в мозге (Alekhina et al., 1994; Алехина и др., 1995; Колпаков и др., 2001). Также было обнаружено, что линия ГК, помимо сходства с шизофренией, несет характеристики, свойственные депрессии. При этом многие из них оказываются общими как для депрессии, так и для шизофрении (Колпаков и др., 2004). Накопленные данные позволяет рассматривать линию ГК как модель общего биологического ядра этих двух психозов (Колпаков и др., 2004).
Линия ГК на данный момент насчитывает 68 поколений. За весь длительный период селекции не удалось довести до 100% частоту животных, у которых при тестировании можно вызвать каталептическое застывание - она варьирует в пределах 50-70%. При этом, с первых поколений селекции в линии прослеживалась повышенная частота животных, проявляющих поведение, условно называемое нами «нервным»: при манипуляциях с ними они совершают пароксизмальные побежки, вокализируют (Барыкина и др., 1983; Nikulina et al., 1987; Алехина и др., 1995; Колпаков и др., 1999а). В разных поколениях частота «нервных» крыс составляет от 50%) до 90%. Вопрос, обусловлена ли каталепсия и «нервность» двумя независимыми - акинетическим и
гиперкинетическим - физиологическими факторами, или же эти два типа реакции имеют общий механизм, является открытым. Как известно, селекция усиливает не только вовлеченную в отбор форму поведения, но и приводит к появлению коррелятивных признаков, исследование которых позволяет более полно выявить механизмы данного типа поведения (Беляев, 1962; Попова и др., 1980). Поэтому представляется важным исследовать связь между различными поведенческими и нейрохимическими характеристиками и проявлениями «нервности» и каталепсии у крыс линии ГК.
Роли ранних воздействий среды в экспрессии генетически детерминированных признаков в настоящее время уделяется большое внимание (Weaver et al., 2004). Имеется множество данных, указывающих на то, что изменение материнской среды, такое как перекрестное воспитание, могут специфически влиять на некоторые наследуемые поведенческие и физиологические" признаки. Например, было показано, что у предрасположенных к спонтанному повышению кровяного давления крыс линии SHR, воспитанных приемными матерями нормотензивной линии WKY, кровяное давление нормализовалось (Cierpial, McCarty, 1987; Cierpial et al., 1989; McCarty, 1999). Сходные данные были получены на предрасположенных к гипертонии крысах линий Dahl (McCarty et al., 1992) и НИСАГ (Амстиславский и др., 1998). Эксперименты по перекрестному воспитанию убедительно продемонстрировали критическую роль материнской среды в формировании депрессивно-подобного поведения у крыс линии FSL. Большая роль при этом отводилась различиям в материнском поведении крыс разных линий - у крыс FSL было зарегистрировано меньшее число поз кормления, меньше эпизодов вылизывания и меньше эпизодов контакта с детенышами по сравнению с контрольными линиями FRL и SD (Lavi-Avnon et al., 2005а; Lavi-Avnon et al, 20056; Friedman et al., 2006).
Как известно, материнское поведение больных шизофренией несет специфические черты — избегание контактов с детьми, сниженная реакция на сигналы, исходящие от них (Reak et al., 2004; Hornstein et al., 2006). При этом показано, что развитие шизофрении зависит от факторов социального окружения (Lewis, Lieberman, 2000). Крысы линии ГК представляются хорошей моделью для исследования патологического материнского поведения и его влияния на детенышей. Однако, материнское поведение крыс линии ГК еще не было описано, так же как и не была определена его возможная роль в экспрессии каталепсии у потомков.
Цель данной работы заключалась в проверке гипотезы о существовании общего механизма, контролирующего реакции в форме каталепсии и «нервности», у крыс линии ГК, а также в исследовании роли материнской среды в экспрессии каталепсии.
В связи с этим были поставлены следующие задачи:
Оценить частоту «нервных» крыс и выраженность каталептической реакции у потомков трех поколений дифференциальной селекции на каталепсию и «нервность».
Определить поведенческие и нейрохимические корреляты предрасположенности к каталептическому застыванию и «нервности».
Исследовать материнское поведение крыс линии ГК и оценить возможную роль материнского поведения в формировании каталептического фенотипа у потомков.
Исследовать влияние ранней материнской среды на предрасположенность к каталепсии и на содержание катехоламинов в мозге у крыс линии ГК.
Научная новизна работы. В данной работе впервые: Показано, что каталептическое застывание и «нервность», характерные для крыс линии ГК, представляют собой два
альтернативных проявления единой биполярной кататонической реакции.
Описан профиль материнского поведения крыс линии ГК. Показано, что у животных каталептической линии снижена частота паттернов поведения, направленных на заботу о потомстве и снижена материнская мотивация.
Выделены 3 главные компоненты, обеспечивающие 68.4% общей дисперсии материнского поведения. Эти компоненты могут быть обозначены как «спокойный уход», «реакция на ультразвуковую вокализацию потомства» и «поведение, характеризующее тревожность самки».
Обнаружено специфическое влияние процедуры перекрестного воспитания на самок и на потомство. Самки, воспитывающие приемных детенышей, демонстрируют измененное материнское поведение. Они в большей степени проявляют поведение, описываемое второй главной компонентой, нежели воспитывающие биологических потомков. У потомков обоих генотипов под влиянием воспитания приемными матерями происходило снижение веса тела и повышение уровня дофамина в гипоталамусе.
Теоретическая и научно-практическая ценность работы.
Теоретическое значение работы заключается в расширении представлений о механизмах каталепсии и о взаимоотношениях двух полярных форм кататонической реакции — «нервности» и каталепсии. Данные о нарушении материнского поведения и о снижении материнской мотивации у крыс линии ГК добавляют новые характеристики линии, как потенциальной модели психопатологии человека. Обнаруженное снижение предрасположенности к каталепсии, возникающее под «благотворным» влиянием ранней материнской среды, позволяет приблизиться к разработке методов коррекции и
профилактики патологического поведения. Результаты экспериментов по исследованию материнского поведения крыс и эффектов перекрестного воспитания, используются- в курсе лекций, читаемых на ,факультете естественных наук Новосибирского государственного университета. Положения, выносимые на защиту:
Для крыс линии ГК характерны реакции в форме каталептического застывания и в форме «нервности». Обе формы поведения являются альтернативными проявлениями единой кататонической реакции.
Для обеих форм кататонической реакции обнаружены сходные изменения некоторых поведенческих и нейрохимических показателей мозга, что доказывает наличие общего механизма, контролирующего обе формы кататонической реакции у крыс линии ГК. Установлены также специфические корреляты для реакции в форме «нервности» и для реакции в форме каталепсии.
Проявление той или иной формы, кататонической реакции определяется дополнительными модифицирующими факторами внутренней или внешней среды. Факторы, определяющие реакцию в форме «нервности», обуславливают повышенный уровень серотонина в полосатом теле, а факторы, определяющие реакцию в форме каталептического застывания - сниженный уровень норадреналина в полосатом теле..
Экспрессия каталептической реакции зависит от факторов ранней материнской среды. У крыс линии ГК, воспитанных матерями контрольной линии, наблюдается стойкое снижение длительности каталептического застывания, тогда как у крыс линии- Вистар под воздействием воспитания самками каталептической линии было обнаружено удлинение каталептической реакции в возрасте 2 месяцев. При этом у крыс линии ГК обнаружено нарушение материнского поведения и снижение материнской мотивации по сравнению с крысами линии Вистар.
Апробация результатов. Материалы диссертации обсуждались на ХХХІХ-ой Международной научно-практической студенческой конференции. (Новосибирск, 2001), на съезде им. М.А. Лаврентьева (Новосибирск, 2001), на Х1Х-ом съезде физиологического общества им. И.П. Павлова при РАН (Екатеринбург, 2004), Международной конференции «Current Evolutionary Thinking in Biology, Medicine and Sociology International Conference Dedicated to 90 Anniversary of Prof. Dmitry K. Belyaev» (Новосибирск, 2007). Также полученные результаты были представлены и обсуждены на отчетной сессии Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск, 2003) и на заседании кафедры высшей нервной деятельности биологического факультета МГУ (Москва, 2007).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 научных статей в рецензируемых отечественных (6) и зарубежных (2) изданиях. Кроме того, опубликовано 4 тезисов в сборниках трудов конференций.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания использованных материалов и методов, результатов, обсуждения, заключения, выводов, приложения и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 138 страницах печатного текста, содержит 19 рисунков и 14 таблиц, включая Приложение. Библиографический указатель литературы включает 304 источника, из них 73 отечественных и 231 зарубежных.
Благодарности. Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории и коллегам, к.б.н. Т.А. Алехиной, к.б.н. Н.Н. Барыкиной, н.с. В.Ф. Чугуй, к.б.н. И.Ф. Плюсниной, соавторам опубликованных работ, за поддержку, сотрудничество и рекомендации. Отдельно хочется выразить глубокую признательность научному руководителю и вдохновителю работы д.б.н. В. Г. Колпакову.
