Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 10
1.1. Эпилепсия: этиология, патогенез и формы заболевания . 10
1.2. Особенности течения женской эпилепсии. Эпилепсия и беременность. 14
1.3. Стероидные гормоны в регуляция судорожной чувствительности. 19
1.4. Кортико-таламические механизмы генерации спайк-волновых разрядов в абсансной эпилепсии. 25
1.5. Крысы линии WAG/Rij - генетическая модель генерализованной эпилепсии типа абсанс. 30
Глава 2. Материалы и методы исследования 35
Глава 3. Результаты исследования
3.1. Исследование спайк-волновой активности у самок и самцов крыс линии WAG/Rij до и после проведения гонадэктомии.
3.2. Динамика спайк-волновой активности мозга и стероидных гормонов плазмы крови у самок крыс линии WAG/Rij во время беременности. 56
3.3. Эффект первичных и повторных инъекций прогестерона на частоту появления SWDs у самок крыс линии WAG/Rij. 65
3.4. Исследование возбудимости мозга при электростимуляции сенсомоторпой коры у крыс линий WAG/Rij, АСІ и Wistar. 71
Глава 4. Обсуждение результатов
4.1. Изменения в базалыюм уровне спайк-воповой активности у крыс линии WAG/Rij при гонадэктомии, беременности и при повторном экзогенном введении прогестерона. 80
4.2. Сравнительное исследование возбудимости коры и лимбической сиетмы у крыс линий WAG/Rij, Wistar и АСІ в возрасте 3-х и 6-ти месяцев. 90
Заключение
Выводы 98
Литература 99
Благодарности 109
- Эпилепсия: этиология, патогенез и формы заболевания
- Стероидные гормоны в регуляция судорожной чувствительности.
- Кортико-таламические механизмы генерации спайк-волновых разрядов в абсансной эпилепсии.
- Динамика спайк-волновой активности мозга и стероидных гормонов плазмы крови у самок крыс линии WAG/Rij во время беременности.
Введение к работе
Актуальность исследования. Важнейшую роль в изучении эпилепсии играет исследование экспериментальных моделей эпилепсии на животных. Несмотря на многообразие способов негенетического моделирования эпилептического приступа, более интересными с точки зрения ряда системных патофизиологических аспектов заболевания являются генетические модели эпилепсии. Одну из таких моделей представляют крысы линии WAG/Rij, выведенной на основе крыс линии Wistar и являющихся признанной генетической моделью генерализованной абсансной эпилепсии (van Luijtelaar and Coenen, 1986). Основным симптомом в патологии этого заболевания являются спонтанно возникающие неконвульсивные эпилептические приступы. Данные приступы характеризуются появлением в ЭЭГ генерализованной спайк-волновой активности и сопровождаются кратковременной потерей сознания, что и послужило названием данной форме эпилепсии (от фр. "absence" - отсутствие). Генерация абсансной спайк-волновой активности происходит в таламо-кортикальных нейронных сетях, образованных лобно-теменными отделами коры головоного мозга и ретикулярным и релейными ядрами вентролатерального отдела таламуса (Gloor et ah, 1969; Avoli and Gloor, 1982; Avoli et ah, 1983; Buzsaki et ah, 1988; Steriade et ah, 1985; Avanzini et ah, 1992; McCormick et ah, 1993; Danober et ah, 1994). Активность таламических ядер, определяющих состояние и режим работы этих сетей, находится под постоянным контролем восходящих активирующих проекций ретикулярной системы ствола мозга. В нормальном режиме работы таламо-кортикальные сети осуществляют первичную обработку сенсорной информации, поступающей к коре больших полушарий и участвуют в работе сознания. Классические теории абсансной эпилепсии, основанные на результатах, полученных на модели пенициллин-вызванной абсансной эпилепсии у кошек, утверждают, что особенностью патогенеза абсансной эпилепсии, а также главным условием появления спайк-волновых разрядов является
5 повышенная возбудимость кортекса (Gloor et al., 1969; Gloor and Fariello, 1988; Kostopoulos, 2001). Вместе с тем, вопрос о роли повышенной возбудимости коры в развитии абсапсной эпилепсии у крыс с генетически детерминированной абсансной активностью оставался мало исследованным.
Весьма актуальной и мало исследованной областью является также системная эндокринологическая регуляция возникновения абсансных приступов. В течение последнего десятилетия, изучение роли половых стероидных гормонов и их нейроактивпых метаболитов, нейростероидов, в регуляции судорожной чувствительности мозга стало одной из центральных тем в клинических исследованиях женской эпилепсии (Morrell, 1999, 2003; Bauer et al. 2001; Гончаров и др., 2004; Reddy,
2002, 2004; Herzog and Fowler, 2005), а также в экспериментальной эпилептологии (Edwards et al., 1999; Frye, 1995; Czlonkowska et al., 2000; Rhodes and Frye, 2004, 2005; Reddy 2004; Mares et al., 2005). Тем не менее, не смотря на огромное число работ, посвященных изучению стероидной регуляции конвульсивных форм эпилепсии, до недавнего времени практически отсутствовали данные по исследованию действия стероидных гормонов на иеконвульсивные формы эпилепсии, в частности генерализованную абсансную эпилепсию. Важность понимания роли стероидных гормонов в патогенезе абсансной эпилепсии связана еще и с тем, что именно в результате перестройки гормональной регуляции в пубертатный период, генерализованные абсансы либо исчезают, либо трансформируются в более серьезные формы эпилепсии (Чепурнов, Чепурнова, 1997). Также особую терапевтическую проблему в эпилепсии, связанную со стероидной регуляцией, представляет беременность. Судорожный припадок или абсансный приступ, случившийся во время беременности или перед родами может неблагоприятно отразиться на развитии плода, тогда как применение большинства современных противоэпилептических средств имеет побочное тератогенное действие, т.е. повышают риск возникновения у детей врожденных пороков развития. Таким образом, исследование роли половых стероидных гормонов в регуляции абсансной спайк-волновой активности у крыс линии WAG/Rij представляет интерес как для фундаментальной физиологии , так и для практической медицины.
Цель и задачи исследования. Целью работы было исследование частоты и продолжительности абсапсных приступов у крыс линии WAG/Rij при изменениях в эндогенном синтезе половых стероидных гормонов, вызванных гонадэктомией и беременностью; а также при повторном экзогенном введении полового стероидного гормона прогестерона. Наряду с этим, было проведено исследование роли возбудимости коры головного мозга, являющейся одной из основных мишеней центрального действия стероидов, в развитии абсансной эпилепсии у крыс линии WAG/Rij, представляющих генетическую модель генерализованной абсансной эпилепсии. В работе решались следующие задачи:
Исследовать частоту появления и продолжительность спайк-волиовых разрядов у самцов и самок крыс линии WAG/Rij до и после проведения гонадэктомии.
Исследовать те же характеристики спайк-волновых разрядов в сопоставлении с данными о содержании половых стероидных гормонов (прогестерона и эстрадиола) в период беременности и после родов у самок крыс линии WAG/Rij.
Исследовать эффект внутрибргошшшого введения прогестерона на частоту появления спайк-волновых разрядов у самок крыс линии WAG/Rij.
Провести электрофизиологическое исследование возбудимости коры головного мозга в интериктальный период у крыс линии WAG/Rij в возрасте, когда спайк-волновая активность только начинает формироваться (3 месяца) и тогда, когда она хорошо выражена (6 месяцев); а также у крыс неэпилептических линий: инбредной линии АСІ и аутбредной линии Wistar тех же возрастов.
7 Научная новизна. В данной работе впервые проведено исследование спайк-волновой активности у крыс линии WAG/Rij во время беременности и показано, что на фоне повышения содержания плазменного прогестерона в этот период происходит стойкое снижение частоты и общей продолжительности приступов абсансной эпилепсии, тогда как наступление предродового периода сопровождается резким повышением частоты появления и удлинением продолжительности этих приступов. Также впервые исследован эффект гонадэктомии и показано отсутствие межгрупповых различий в изменении базального уровня абсансной спайк-волновой активности до и после операции между кастрированными самцами и овариэктомированными самками и ложно-оперированными животными. Впервые проведено электрофизиологическое in vivo исследование возбудимости коры головного мозга в интериктальный период у эпилептических крыс инбредиой линии WAG/Rij по сравнению с неэпилептическими крысами инбредиой линии АСІ и аутбредной линии Wistar, показавшее что повышенная возбудимость коры действительно является необходимым, но не достаточным условием для развития абсансной эпилепсии у крыс линии WAG/Rij, представляющих генетическую модель генерализованной абсансной эпилепсии.
Впервые получены данные, свидетельствующие о повышенной возбудимости лимбической системы у крыс линии WAG/Rij по сравнению с крысами линий Wistar и
АСІ, а также индивидуальная корреляция величины данного порога как со средней, так и с общей продолжительностью абсансной активности.
Научно-ппактичсскаи значимость. Данная работа расширяет представление о системной эндокринной регуляции частоты появления абсаисных приступов половыми стероидными гормонами. Исследование возбудимости коры головного мозга у крыс линии WAG/Rij по сравнению с неэпилептическими крысами линий Wistar и АСІ уточняет классические представления об условиях, ведущих к появлению абсансных
8 приступов и характеризующих формирование фенотипа с генерализованной эпилепсией типа абсанс. Выявленные у крыс линии WAG/Rij изменения в возбудимости лимбической системы, могут стать новой мишенью для терапевтических воздействий, в.т.ч. стероидной природы, особенно важных для предупреждения перехода абсансной эпилепсии в более тяжелые, конвульсивные формы этого неврологического заболевания. Особую важность имеют также данные о частоте появления абсансных приступов во время беременности, свидетельствующие о том, что развитие плода в организме матери происходит на фоне стойкого снижения приступов генерализованной абсансной эпилепсии и, таким образом, не подвергается большой угрозе. Вместе с тем, наступление предродового периода может представлять некоторую опасность, так как сопровождается резким повышением частоты появления и удлинением продолжительности абсансных приступов и требует терапевтического вмешательства.
Апробации материалов диссертации. Результаты работы были доложены и обсуждены на заседании кафедры физиологии человека и животных Биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, в отделе Биологической психологии Института Сознания и Информации в Университете Наймегена, Нидерланды и на Медицинском факультете Института Физиологии Университета имени Отто-ван-Гёрике, Магдебург, Германия. Результаты работы были представлены на конференциях: "Ломоносов — 2001" в Москве (2001); на 5-м Европейском конгрессе по Эпилептологии в Мадриде, Испания, 2002; на XVI конференции по Эпилептологии в Варшаве, Польша (2002); на Всероссийской конференции "Нсйроэндокринология-2003" в С. Петербурге (2003); на 25-м Международном эпилептическом конгрессе в Лиссабоне, Португалия (2003); на Конференции голландского противоэпилептического общества (SWO) в Утрехте, Нидерланды (2003); на Международной конференции по биологической психиатрии в
9 С.Петербурге (2004); на 6-м Европейском конгрессе по Эпилептологии в Вене, Австрия (2004); на 3-й и 4-й голландской конференции по Психо-Нейро-Эндокршюлопш в
Дорверте, Нидерланды (2004, 2005); а также на летних школах IBRO «Sensory and
Integrative Neuroscience: from Receptors to Behavior" в Москве (2004) и NWO "The Heart and the Mind. Approaches to Emotion and Attention", в Дорверте, Нидерланды (2005).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ.
Работа была поддержана грантами РФФИ №96-04-50331, международным грантом NWO for Russian-Dutch cooperation, 1999-2002 гг, грантом Международной Лиги Против Эпилепсии (ILAE) в 2003 г и персональной грантом-стипендией им. Хюйгенса, (Huygens scholarship, NUFFIC, the Netherlands), 2003-2004 гг.
Эпилепсия: этиология, патогенез и формы заболевания
Эпилепсия (от греч. epilepsia - схватывание) - полиэтиологическое заболевание, обусловленное поражением головного мозга, характеризующееся повторными судорожными и/или другими припадками и сопровождающееся различными неврологическими и психопатологическими расстройствами. Эпилепсия относится к числу наиболее распространенных нервно-психических заболеваний. Заболеваемость эпилепсией составляет 2-4 случая на 100 человек, что составляет около 20 миллионов человек на Земле (Гусев, Бурд, 1994; Максутова, Фрешер, 1998). В основе развития эпилептического припадка лежит высоковольтный гиперсинхронный разряд большой популяции нейронов. При возбуждении ограниченного числа нейронов приступ имеет парциальный характер (парциальная эпилепсия). В зависимости от области эпилептической активности припадки могут включать моторные, сенсорные, вегетативные и психические компоненты. Если же разряд распространяется за пределы определенной области мозга, то развивается генерализованный припадок. Генерализованный эпилептический припадок характеризуется нарушением сознания и рядом вегетативных проявлений, сопровождающихся или не сопровождающихся моторными компонентами. Различают генерализованные тонико-клонические (большой припадок = grand mal) и абсансные припадки (малый припадок = petit mal). Генерализованный тонико-клонический припадок характеризуется кратковременными (10-ки секунд) сокращениями мышц всего тела, и сопровождается потерей сознания, длящейся до получаса. При частых повторениях таких приступов развивается эпистатус. Большой тонико-клонический припадок обычно начинается десинхронизацией ЭЭГ, высокой частотой колебаний до 20-40 в сек при низкой мплитуде пиков, частота постепенно снижается до 10 в сек, а амплитуда возрастает. В дальнейшем происходит урежение ритма, переходящего в дельта или тета диапазон. После приступа в течение некоторого времени наблюдается снижение амплитуды колебаний на ЭЭГ. В интерн ктальпый период у больных эпилепсией могут наблюдаться разряды различных типов: острые пики, медленные волны, возникающие ритмически или спорадически.
Генерализованные абсансные (от фр. absence - "отсутсвие") припадки характеризуются кратковременным (2-30 с) выключением или угнетением сознания, такие припадки могут возникать у человека более 100 раз в сутки. Клиническая картина абсансного припадка обычно дополняется какими-либо моторными проявлениями (автоматизмы, миоклонии, потеря мышечного тонуса), а также сосудистыми и вегетативными нарушениями (урежение дыхания, брадикардия, расширение зрачков). Энцефалографическим отражением этого типа эпилептического припадка является специфическая пик-волновая активность (spike wave discharges - SWDs) с частотой комплексов 3-3.5 в сек (рис.1). В классическом проявлении SWDs появляются и исчезают внезапно, практически одновременно по всей коре, достигая наибольшей мощности в премоторной области, и характеризуются билатеральной синхронностью.
На нейрохимическом уровне заболевание эпилепсией связано с нарушением баланса между тормозными и возбуждающими медиаторами. Считается, что избыточность возбуждающих нейротрансмиттсров, таких как аспартат и глутамат, является пусковым механизмом в развитии судорожного «grand mal» припадка. Однако, если избыточность возбуждающих при недостаточности тормозных медиаторов характерны для конвульсивной эпилепсии, то причиной неконвульсивной эпилепсии типа абсанс, напротив, является избыточность ГАМК-сргической передачи (Marcscaux et al., 1984; Snead, 1992; Coenen et al., 1995). тшшмпщщш- Рис. 1. Классическая фотография ребенка во время абсансного приступа. На записи ЭЭГ вверху показана типичная спайк-волновая активность (частота комплексов 3 Гц), сопровождающая абсансные приступы (из Doose, Н, 1989). 13 Разнонаправленность механизмов возникновения больших и малых припадков подтверждается фармакологически: препараты, успешно подавляющие судороги (барбитураты, карбамазепин, тиагабин) усиливают абсаисы. И наоборот, противоабсансные препараты способны провоцировать судороги. Хотя, существует и ряд противоречий: абсаисы, как и конвульсии успешно купируются бензодиазепинами (феназепам, диазепам, лоразепам), взаимодействующими со специфическим сайтом ГАМК-А рецепторного комплекса, а агонисты НМДА глутаматных рецепторов способны вызывать и моторные и абсанспые приступы (Соепеп et al., 1992). На сегодняшний день эти факты еще не нашли окончательного объяснения. Еще одним фактором, сопутствующим развитию эпилепсии является изменение энергетических процессов в нейронах, входящих в патологические эпи лепто генные структуры. Среди прочего, специалисты отмечают существенные изменения метаболической структуры нейронов и их митохондрий, ведущее к повышению проницаемости мембран для К и Na , что коррелирует с повышением чувствительности белков мембран к протеииазам и снижением синтеза АТФ. К основным причинам поражения мозга, ведущим к развитию эпилепсии в различные периоды жизни, относят: 1 - в пренатальный период: инфекции, чаще вирусные (цитомегаловирус, краснуха); паразитарные заболевания (токсоплазмоз); токсемия и другие формы аномально протекающей беременности; 2 - в неонатальный период: физическая травма; интрародовая аноксия; метаболические нарушения и неонатальные инфекции; 3 - в постнатальный период: инфекции; травмы; метаболические расстройства (дегидратация и др.); токсические факторы; тяжелые и пролонгированные судороги различного происхождения; нарушения мозгового кровообращения; опухоли мозга (Карлов, 1990). До настоящего времени остается невыясненным вопрос о генетической обусловленности эпилепсии. Учитывая обширную группу факторов риска возникновения эпилепсии, С.Н- Давидепков в 1947 г. сформулировал унитарную концепцию эпилепсии, согласно которой происхождение заболевания объясняется взаимодействием генетических и средовых факторов. Тем не менее, в течение долгого времени было принято разделение эпилепсии на генуинную (идиопатическую) и симптоматическую. Предполагалось, что в первом случае, в отличие от второго, отсутствует явное органическое поражение головного мозга. Однако по мере исследования этого заболевания и развития новых современных методов диагностики число форм заболевания с невыясненной этиологией снижалось. Поэтому в настоящее время такое разделение практически не употребляется.
Стероидные гормоны в регуляция судорожной чувствительности.
Уже в середине прошлого века изменения в частоте возникновения судорожных приступов на протяжении репродуктивных периодов связывали с центральным действием половых стероидных гормонов (прогестерона, тестостерона и эстрадиола) на возбудимость мозга (Dickerson, 1941; Bandler et al., 1957; Backstrom, 1976). Согласно классическим представлениям, центральные эффекты прогестинов оказывают проти воконвульсивпое действие, тогда как их функциональные антагонисты эстрогены вызывают проконвульсивное действие. Это представление было основано как на экспериментальных, так и на клинических исследованиях, свидетельствующих, что эстрогены повышают, а прогестины снижают частоту появления и продолжительность судорог как у женщин больных эпилепсией, так и у животных в различных моделях эпилепсии (Backstrom, 1976; Woolley and Timiras, 1962; Wallis and Luttge, 1980; Nicoletti et al., 1985; Smith, 1989). Важным этапом в понимании и дальнейшем исследовании стероидной регуляции мозга стало формирование в начале 90-х годов прошлого века концепции нейростероидов, согласно которой основная роль в реализации немедленных эффектов стероидов на возбудимость мембран и, соответвешю, на судорожную чувствительность принадлежит не самим стероидам, а определенному классу их производных, получившему название нейростероидов (Reddy and Rogawski, 2002; Гончаров и соавт., 2004; Barbaccia, 2004; Belelli and Lambert, 2005; Dubrovsky, 2005).
Термин "нейростероид" был впервые предложен Болье в 1981 году для обозначения сульфатного производного дегидроэпиандростерона, найденного в больших концентрациях в мозге мышей по прошествии долгого время после гонадо- и адреналэктомии, и указывало иа возможность центрального происхождения этого стероида (Baulieu, 1981; Corpechot et al., 1981). Было установлено, что данный класс стероидов не вызывает гормональных эффектов, т.е. не связываются с цитозольными рецепторами стероидов, но зато обладает сильным модулирующим действием на потенциалзависимые и ионные каналы нейропальных мембран, что в одних случаях повышает, а в других подавляет нейронную активность (Majewska et al, 1986, 1987; Bitran et al, 1995; Frye, 1995; Frye and Bayon, 1998; Reddy, Rogawski, 2002; Stromberg et al,, 2005). В дальнейшем, было действительно подтверждено, что синтез нейростероидов происходит не только в перифирических эндокринных железах, но также и в ткани мозга (Le Goascogne et al., 1987; Jungestas et al., 1989; Baulieu 1991; Stoffel-Wagner, 2003; Ebner et al., 2006). Согласно последним данным, одним из главных источников нейростероидов в мозге является гиппокамп, нейроны и глиальные клетки котрого снабжены полным ферментативным аппаратом для de novo синтеза стероидных молекул (Rune and Frotscher, 2005; Mucai et al, 2005).
Наиболее исследованным механизмом действия нейростероидов на возбудимость мембран является их аллостерическое модуляторное действие на ГАМЬС А рецепторы, обеспечивающие работу ГАМК-эргической системы - главной тормозной системы мозга (рис. 3). Связываясь со стероидным сайтом ГАМК А рецепторов, нейростероиды изменяют вероятность открытия сопряженных с рецептором хлорных каналов, что в одном случае пролонгирует, а в другом - ингибирует действие ГАМК (Majewska et al, 1986, 1987; Reddy, Rogawski, 2002; Reddy, 2002, 2004b; Stromberg et al., 2005). Так, например, предполагается, что, во многом, именно этим механизмом опосредовано широко известное анксиолитическое, антиэпилептическое и седативно-гипнотическое действие прогестерона в ЦНС реализуемое с участием его 5а-производного, нейростероида аллопрегненолона (За-OH-DHP) (Majewska et al., 1986; Mohammad et al., 1998; Moran and Smith, 1998; Herzog and Frye, 2003; Rhodes et al., 2004; Rhodes and Frye, 2004). Наряду с этим, существуют также данные об эффектах нейростероидов на НМДА, никотиновые, мускариновые, серотопиновые, каинатпые, холиновые и опиатпые рецепторы, а также на индукцию роста дендритных шипиков и синаптогенеза (Stoffel-Wagner, 2003; Melcangi, Panzia, 2001; Belelli and Lambert, 2005; Dubrovsky, 2005). Для понимания роли нейростероидов в эпилептогеиезеособенно важно, что не только иейростероиды могут модулировать нейротрансмиттерные рецепторы, но и нейротрансмитгсры в свою очередь регулирует биосинтез нейростероидов в ткани мозга (Melcangi, Panzia, 2001). Вместе с тем, выяснение механизмов регуляции синтеза нейростероидов в мозге, а также степень его взаимодействия с перифирическим синтезом на сегодняшний день является одним из центральных вопросов в исследовании нейростероидов (Stoffel-Wagner, 2003; Barbaccia, 2004; Belelli and Lambert, 2005; Ebner et al., 2006). Важно добавить, что помимо выше представленных немедленных мембранных эффектов, существуют и более медленные, но при этом более долгосрочные эффекты стероидов на возбудимость нервной ткани мозга. Эти эффекты опосредованы взаимодействием стероидных гормонов с собственными цитозольными рецепторами и реализуются на геномном и посттранскрипционном уровнях (рис. 3). Цитозольные рецепторы стероидов в наибольшей степени представлены в структурах лимбической системы, в первую очередь в миндалине и гиппокампе, а также в коре головного мозга (Simerly et al, 1990; Pfaff, Keiner, 1973; McEwen, 1994). На посттранскрипционном уровне стероиды могут регулировать экспрессию ферментов, контролирующих синтез и высвобождение нейротрансмиттеров и нейромодуляторов, а также экспрессию самих рецепторов (McEwen, 1994, Morrell, 1998). Имеются также отдельные данные об отставленных долгосрочных эффектах стероидов на синтез и состав ГАМК, глутаматных, холиновых и аденозиновых рецепторов (Morrell, 1998; Phyllis et al, 1986; Wong, Moss, 1992; Smith et al, 1989), а также па плотность дендритных шипиков и плотность содержащих НМДА-рецепторы синапсов на гиппокампальных СА1 пирамидальных нейронах (Wooley, McEwen, 1994).
Кортико-таламические механизмы генерации спайк-волновых разрядов в абсансной эпилепсии.
В связи с тем, что данная работа посвящена исследованию абсансной эпилепсии, необходимо подробно рассмотреть механизмы формировния абсансной активности. После описания патологической спайк-волновой аквтиности в ЭЭГ больных абсансной эпилепсией, были сделаны попытки определить природу этого явления. Основная роль в развитии спайк-волновых комплексов была отведена верхней части мозгового ствола, таламусу и реципрокным таламо-кортикальным проекциям (centrenencephalic hypothesis) (Morrison, Dempsey, 1942). В результате интенсивных исследований модели пенициллиновой генерализованной эпилепсии у кошек были получены факты, докзывающие, что механизм, ответственный за генерацию билатерально синхронизированных спайк-волновых разрядов, тесно связан с таламокортикальным механизмом генерации сонных веретен (Gloor et ah, 1969). Было сделано предположение, что возникновение спайк-волновой активности является следствием повышенной возбудимости нейронов коры головного мозга, нарушающей нормальные таламо-кортикальные взаимодействия, ведущей к трансформации нормальных сонных веретен в абсансную активность. Общность механизмов генрации спайк-волновой активностью и сонными веретенами была подтверждена также и в других исследованиях: было обнаружено, что определенная часть вентрального таламуса, а именно RTN, играет важную роль, как в генерации сонных веретен, так и спайк-волновых разрядов. Разрушения RTN тормозили возникновение как HVS (high-voltage spikes - высоковольтные пики) у крыс (Buzsaki et al., 1988), так и пенициллин-вызвапиуго спайк-волновую активность у кошек (Steriade et al., 1985).
Сонные веретена являютя основным ЭЭГ показателем ранних фаз сна (главным образом 2-й). Они представляют собой последовательность волн, нарастающей, а затем убывающей амплитуды и высокой частоты (11-15 Гц у человека). Длительность одного веретена- 1-3 сек, интервал между веретенами- 1-40 сек. (Ktonas, 2000). Эти веретена выражены, главным образом, во фронтальных отведениях и достигают наибольшей мощности у детей и подростков, и у женщин по сравнению с мужчинами. У человека выделяют 2 типа сонных веретен - происходящие из передней части таламуса с частотой около 12 Гц и более быстрые, с частотой порядка 14 Гц, происходящие из задней части таламуса. У крыс так же присутствуют 2 типа веретен: фронтальные (9,8 Гц) и окципитальные (12,4 Гц) (Gandolfo, 1985). Эти ритмы отличаются фармакологически, что предполагает различные механизмы их контроля. Было показано, что именно фронтальные веретена могут трансформироваться в SWDs (van Luijtelaar, 1997). В настоящее время показано, что как сонные веретена, так и абсансная спайк-волновая активность являются отражением гиперсинхронных осцилляции нейронов кортикоталамических сетей, обеспечиваемых взаимодействием трех основных типов нейронов: кортикоталамических, таламокортикальных и ретикулярных (Vcrgnes et al., 1990; Marescaux et al, 1992; van Luij telaar et al.,1997; Avanzini et al, 2000). В нормальном режиме работы таламо-кортикальные сети осуществляют первичную обработку сенсорной информации, поступающей к коре больших полушарий и непосредственно участвуют в работе сознания (рис. 5). Сенсорная информации от периферических рецепторов поступает к специфическим релейным ядрам таламуса и уже от туда направляется в соответствующие отделы кору больших полушарий. Нейроны ретикулярного ядра являются ГАМК-ергическими. Эти нейроны получают обратные коллатерали от корковых нейронов и осуществляют торможение релейных таламокортикальных нейронов, замыкая, таким образом, цикл возбуждения.
Все таламические и, в частности, релейные нейроны в зависимости от мембранного потенциала могут проявлять два типа активности: тоническую, при которой происходит согласованная передача сенсорной информации к Рис. 5. Схема таламо-кортикальных взаимосвязей в мозге. Поток сенсорной информации от периферических рецепторов поступает к специфическим релейным ядрам таламуса и затем уже от них - в соответствующие отделы коры больших полушарий. Клетки ретикулярного ядра таламуса получают обратные коллатерали от корковых нейронов и осуществляют торможение релейных таламо-кортикальных нейронов (рисунок Терри Бала). соответствующим пирамидальным нейронам коры, и "burst-firing" (ритмическую), при которой поток информации оказывается блокирован, что происходит во время сна, а также во время абсансных приступов. Тоническая активность генерируется при обычном уровне мембранного потенциала (-50-60 мВ). В этом случае релейные нейроны генерируют ПД, частота которых определяется частотой поступающих афферентных стимулов. Если же мембрана релейных нейронов гиперполяризовапа (-75 мВ), что происходит при повышенной частоте импульсации, приходящей от ретикулярного ядра, то активируются низкопороговые кальциевые каналы и нейроны начинают генерировать пачеченую активность ("burst-firing") (Steriade and Deschenes, 1984; McCormick, 1992; Steriade, 1993; Steriade et al., 1993; McCormick and Bal, 1997). Это обусловлено тем, что ТПСП, ведущие к гиперполяризации мембраны релейных нейронов таламуса вызваны активацией двух подтипов ГАМК рецепторов. Начальная, быстрая фаза гиперполяризации формируется за счет активации канальных ГАМК А рецептров. Поздняя и длительная гипреполяризация, необходимая для активации кальциевых каналов Т-типа, возникает при активации медленных метаботропных ГАМК Б-рецепторов, активирующих К+-ток (Crunelli, 1991; Huguenard, Prince, 1992; Bal, 1995) Кальциевые токи формируют деполяризациопную волну, которая вызывает открытие натриевых каналов и пачечную генерацию импульсов высокой частоты. По таламокортикальным связям эти импульсы возбуждают пирамидные нейроны, а также и нейроны ретикулярного ядра, что приводит к генерации нового цикла (Bazhenov, 1999; Guillery, 1998). Когда импульсы, приходящие из таламуса вызывают в корковых нейронах ВПСП большей амплитуды, чем в норме, поисходит активация тормозные интернейронов, осуществляющие отрицательную обратную связь. Возникновение гиперполяризующего хлорного тока через ГАМКд рецепторы препятствует развитию каждого следующего ВПСП. Предполагается, что это и приводит к трансформации сонного веретена в SWD: первая волна превращается в острый пик, а вместо одной или двух следующих регистрируется медленная волна (Gloor, 1988; Kostopoulos, 2000).
Динамика спайк-волновой активности мозга и стероидных гормонов плазмы крови у самок крыс линии WAG/Rij во время беременности.
В задачу следующего исследования входила регистрация и описание уровня спайк-волновой активности у прооперированных крыс линии WAG/Rij до, во время и после беременности. Также как и в предыдущем эксперименте, регистрацию ЭКоГ проводили в первые часы темного периода суток, соответствующее максимальной выраженности пик-волновой активности у крыс линии WAG/Rij. В эксперимент были взяты крысы с визуально хорошо различимыми разрядами, с частотой появления ие менее 8-10 разрядов в час. Анализ ЭКоГ у крыс за несколько различных дней до беременности подтвердил, что ни общее количество, ни средняя продолжительность разрядов у одной и той же крысы изо дня в день существенно не изменялись. Дальнейшие записи ЭКоГ проводили у беременных крыс иа 7, 9, 12, 15, 18 и 20-й дни беременности, а также на 3-й день после родов (общая продолжительность беременности крыс линии WAG/Rij составила 21-22 дня, что соответствует сроку беременности крыс линии Wistar). На рис. 10 представлены оригинальные записи типичных спайк-волновых разрядов для одной и той же крысы до беременности, а затем на 8 и на 15-й дни беременности. Сразу отметим снижение продолжительности и изменение формы спайк-волновых комплексов.
Полученные в данном исследовании данные о частоте появления спайк-волновых разрядов в периоды до, во время и после беременности представлены на рис. 10. - данный раздел работы проводит с участием со-руководителя: К.6.Л. доцента, Н.Е. Чепурновой. Рис. 10. Типичные спайк-волновые разряды для одной и той же крысы до (А), на 8-й (Б) и на 15-й (В) дни беременности. Цифрами вверху обозначено время в сек. 21 И 30 31 В 4M \J M \ 1с, 100 мкВ Однофакторный дисперсионный анализ ANOVA для повторных измерений выявил достоверный эффект дня для количества SWDs на протяжении исследованного в данном эксперименте периода времени (F(S,40) - 55.75, рО.000). Следующий за ANOVA тест для попарного сравнения групп с использованием критерия Newman Keuls выявил достоверное снижение (по сравнению с исходным уровнем) частоты появления SWDs с 7 по 18 дни беременности (рО.001), повышение количества SWDs в предродовой период с 19 по 21 день (рО.001) и, вновь, снижение количества SWDs после родов (р 0.01). Из графика на рис. И видно, что если до беременности у крыс в течение часа возникало в среднем до 20 разрядов, с суммарной продолжительностью около 80 секунд, то на седьмой день беременности средняя частота для исследуемой выборки крыс составила всего 4-5 разряда в час, с суммарной продолжительностью не более 15 секунд. В период с девятого по 17-18-й дни количество SWDs в час уже не превышало 3-4 разряда в час, с суммарной продолжительностью 7-10 секунд. Таким образом, в период с седьмого по восемнадцатый дни беременности у всех исследованных крыс наблюдали стойкое снижение количества SWDs.
Наступление предродового периода (19 - 20 дни) сопровождалось критическими изменениями частоты появления разрядов: количество SWDs вновь стало возрастать, возвращаясь к исходному уровню. Несколько записей, сделанных на двадцать первый, последний день беременности, указывали на то, что приближение родов характеризовалось всё большим возрастанием как числа, так и продолжительности спайк-волновых разрядов.Анализ ЭКоГ, сделанных на третий день после родов, показал что в послеродовой период уровень спайк-волновой активности вновь снижался. Количество SWDs на 3-й день после родов составляло не более 5-7 разрядов в час с суммарной продолжительностью 24-28 с. Рис. 11. Количество (А) и общая продолжительность (Б) спайк-волновых разрядов (SWDs) у крыс линии WAG/Rij (п=10) в норме (фаза диэструса), на 7, 9, 12, 15, 18, 20-й дни беременности, а также на третий день после родов. Обозначения на графике: ДБ - день беременности; ДПР - день после родов. - уровень значимости отличий р 0.05. 3.2.2 Динамика плазменного содержания прогестерона и эстрадиола у самок крыс линии WAG/Rij во время беременности. Данные о содержании половых стероидов прогестерона и эстрадиола в плазме крови у самок крыс линии WAG/Rij, измеренном до, во время беременности и после родов представлены в табл,2 и на рис.13. Таблица 2. Содержание прогестерона и эстрадиола в плазме крови (среднее ± ст.ошибка) у самок крыс линии WAG/Rij (п=30) во время днэструса, наЗ, 1, 15, 18, 20-й дни беременности, а также в первый и па третий дни после родов. диэструс п=6 ЗДБ п=3 7 ДБ п=5 15 ДБ п=3 18 ДБ п=3 20 ДБп=3 1 ДПРп=3 ЗДПРп=4 Эстрадиол нм/л 46 ±7 50±8 54 ±10 59 ±2 76 ±9 41 ±13 49 ±15 31+25 Прогестерон им/л 42 + 14 139 ±3 166 + 4 159 ±7 170 ±5.0 46+15 36 + 6 83 + 2 ДБ - день беременности; ДПР - день после родов Однофакторный дисперсионный анализ для независимых измерений (ANOVA) выявил достоверный эффект дня как для содержания прогестерона (F (7,20) = 164.29, р 0,000), так и эстрадиола (F (7,20) = 4.02, р 0.01). Статистический тест попарного сравнения с использованием того же критерия Newman-Keuls выявил следующие закономерности. Для прогестерона достоверные изменения по сравнению с уровнем предшествующего измерения произошли на третий (р 0.001), седьмой (р 0.01) и восемнадцатый дни беременности (р 0.001), а также на третий день после родов, как по сравнению с фазой днэструса до беременности, так и первым днём после родов (р 0.05) (см. также рис. 12). Действительно, измерение прогестерона на третий день беременности выявило, что содержание прогестерона возросло к этому дню уже более чем в три раза (с 42 ± 14 нм/л до беременности до 139 ± 3 нм/л. В дальнейшем, уровень прогестерона в плазме продолжал постепенно нарастать и к пятнадцатому дню был равен 159 ± 7нм/л. ) во время беременности у крыс линии WAG/Rij. По абсциссе отложено количество дней со дня наступления беременности. Стрелкой обозначен день родов. На восемнадцатый день концентрация прогестерона достигла своего максимума, составившего в данном случае 170 ± 5 нг/мл, что, в общем, близко по значению к литературным данным, полученным для крыс линии Wistar (Остин, Шорт, 1987; Frye, Bayon 1998). Наступление предродового периода (19-20 день) было ознаменовано резким падением содержания прогестерона в плазме крови до исходного уровня. В первый день после беременности прогестерон всё еще оставался на том же низком уровне, но уже на третий день существенно возрос, составив 83 ±2 нм/л.
