Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 8
1.1. Особенности условнорефлекторного поведения 8
1.1.1. Теоретические основы рефлекторного поведения 8
1.1.2. Особенности образования инструментальных рефлексов 16
1.1.3. Угашение рефлексов 26
1.2. Влияние стресса на организм и поведение животных и человека 30
1.2.1. Виды стресса 30
1.2.2. Воздействие гипоксии на организм ...37
1.2.3. Воздействие гипоксии на условнорефлекторное поведение 43
1.2.4. Восстановление в постгипоксический период 45
1.2.5. Адаптация к гипоксии 50
ГЛАВА 2. Материал и методы исследования 58
ГЛАВА 3. Результаты исследования 67
3.1. Влияние возрастного фактора и длительности выработки на
условнорефлекторное поведение 67
3.2. Угашение рефлексов разной степени прочности 77
3.3. Устойчивость животных к воздействию гипобарической гипоксии ... 86
3.4. Гипоксическое воздействие на условнорефлекторное поведение 99
3.5. Изменения в коре мозга крыс в постгипоксический период 114
Заключение 126
Выводы 128
Литература 130
- Особенности условнорефлекторного поведения
- Особенности образования инструментальных рефлексов
- Воздействие гипоксии на условнорефлекторное поведение
- Устойчивость животных к воздействию гипобарической гипоксии
Введение к работе
Актуальность исследования. Механизмы развития стресс-состояния, их проявление и адаптация к стресс-условиям представляют актуальные вопросы медицины и физиологии. Доминирующим направлением являются изучение патогенетических механизмов стресса. Показано, что даже самые слабые отрицательно действующие факторы вызывают различные нарушения в организме; вопросы адаптации и устойчивости к стрессу изучены недостаточно. Большое значение представляет изучение профессионального стресса, например, в авиации, космонавтике (многократное действие гипоксии, перегрузок и др.). Изучать воздействие всех видов гипоксии на организм представляется в высшейс степени важным, поскольку последствия даже слабой гипоксии могут быть серьезными иву условиях современной жизни человек может легко столкнуться с негативными проявлениями воздействия гипоксии, например, - при длительном профконтакте с антибиотиками. При этом развиваются постгипоксические явления, имеющие многообразные клинические проявления в виде поражений нервной, сосудистой систем, желудочно-кишечного тракта, покровного эпителия ( Агаджанян Н.А. и др, 1991). В патогенезе высокую значимость имеют изменения в микроциркуляторном русле, приводящее к сужению и редукции сосудистой сети (Торгушина Н.С. и др., V 1991). Даже кратковременная гипоксия вызывает такие изменения, которые могут привести к ишемическим заболеваниям и к инсульту (при том, что 20-25% больных инсультом умирают в первые дни, и в 12 % случаев возраст больных меньше 55 лет) (LuigiL., 1989).
При исследовании нарушения процессов физиологической адаптации у людей в условиях высокогорья (Миррахимов М.М. и др., 1992), установлено, что выше 2700-3000 м может возникать высокогорный отек легких, который способствует возникновению острого отека мозга. Дезадаптация у людей в условиях высокогорья сопровождается серьезными изменениями со стороны правой половины сердца, что становится почвой для сердечной недостаточности. Известно однако, что индивидуальная чувствительность к гипоксическому стимулу в горах во многом определяет уровень работоспособности человека, в частности альпинистов на больших высотах (Серебровская Т.В. и др., 1987).
В большинстве работ, посвященных изучению особенностей воздействия гипоксии на отдельные органы, ткани и организм в целом, оценка физиологических параметров и особенностей поведения производится, главным образом, статически: либо в определенные дни многосуточной адаптации, либо через определенный период после развития гипоксического состояния. Практически отсутствуют сведения о динамике изменений пространственно-ориентировочного поведения в начальный период воздействия гипоксии, когда возникают быстро и резко выраженные сдвиги важнейших физиологических функций, направленные на поддержание адекватной доставки кислорода к тканям. В наихудших условиях снабжения кислородом при гипоксии оказываются особо чувствительные к его недостатку органы, к которым в первую очередь относится головной мозг. Соответственно, происходят значительные изменения в условнорефлекторной деятельности, которые изучены лишь в немногочисленных работах (Kudo Т. et.al., 1989; Hlinak Z., etal.,1990).
С другой стороны, известно, что поведение взрослых животных основывается на длительно тренируемых (иногда в течение всей жизни) специализированных условных рефлексах с большим количеством (тысячи) сочетаний условного стимула с подкреплением, а не на рефлексах со средним (сотни) или малым (десятки) количеством сочетаний (которые очень подробно изучены на собаках в классических павловских исследованиях). Однако в относительно кратковременных лабораторных экспериментах такие рефлексы, как правило, остаются за пределами исследования и, насколько известно, изучались в единичных работах (Сердюченко В.М., 1995; РуденкоЛ.П., 1997,1998).
Практически отсутствуют исследования, связанные с угашением сверхупроченных рефлексов, этот критерий рефлекса^-в данном случае,-является мало изученным. ^ Исследованиями школы И. П. Павлова показано, что скорость угашения условных рефлексов с малым и средним количеством сочетаний зависит от степени его упрочения: чем большее число раз условный раздражитель сочетался с подкреплением, тем труднее и длительнее он угашается. Соответственно, чем глубже угашение, тем труднее восстанавливается условный рефлекс. Известно также, что угашение условного рефлекса протекает волнообразно и зависит от индивидуальных особенностей животного и от пищевой мотивации. Подтверж- денные многочисленными исследованиями;) не только для классических, но и для і инструментальных условных рефлексов, эти положения казались общеизвестными и неоспоримыми (Павлов И. П. , 1937; Конорски Ю., 1970). Однако, в конце XX в.; і была выявлена особенность длительно тренированных {, рефлексов угашаться и восстанавливаться с большей легкостью, чем обычно используемые в экспериментах рефлексы с малым и средним количеством сочетаний условного стимула с подкреплением. Такой феномен сверхупроченного рефлекса, (оказавшегося устойчивым к воздействию гипоксии), был продемонстрирован на кошках (Сердюченко В.М.,1995). Остается неизученным, является ли это качество \ длительно тренированных рефлексов присущим только кошкам, или оно проявляется \ и у других млекопитающих, - в частности, у грызунов; зависит ли оно от возраста животных, от длительности выработки рефлекса. Немаловажным также является вопрос и об устойчивости свойств (в том числе, и угашения) рефлексов с разным количеством сочетаний при воздействии такого сильного стресса, как гипоксия „
Цель исследования. Изучение особенностей условнорефлекторной деятельности у крыс в отношении свойств (в частности, угашения) рефлексов с разным числом сочетаний условного стимула с пищевым подкреплением и разной длительностью выработки рефлекса в норме,'-и,,их изменений под влиянием угнетающих факторов 1/ (гипобарическая гипоксия, старость, перерывы в выработке рефлекса). Задачи исследования: выяснить возможность выработки рефлекса у крыс, идентичного по своим свойствам сверхупроченному рефлексу у кошек, посредством большого числа сочетаний условного стимула с пищевым подкреплением ' сравнить параметры рефлексов при разном числе сочетаний условного стимула с подкреплением, в частности, особенностей процессов угашения и восстановления' изучить зависимость выработки и скорости угашения рефлекса от возраста животных' изучить особенности проявления рефлексов разной степени упроченности под воздействием гипобарической гипоксии.
Научвая новизва работы. Проведенные исследования показали, что способностью вырабатывать сверхупроченный рефлекс обладают не только кошки, но и крысы, что доказывает закономерность проявления данного рефлекса и у хищников, и у грызунов. Показано также, что процесс угашения и последующего восстановления рефлекса может служить критерием его упроченности.
Впервые показана динамика воздействия острой гипобарической гипоксии не | S только на пространственно-ориентационное и двигательное поведение, но и на і проявление определенных параметров инструментальных условных рефлексов разной f степени упроченности. Показано значение возрастных и временных особенностей (возраст животных на начало обучения, длительность выработки рефлекса, величина і интервалов между опытами в процессе выработки рефлекса, наличие перерыва в выработке рефлекса) для проявления определенных свойств рефлексов разной \ степени выработанности. Выявлена сохранность проявления свойств сверхупроченного рефлекса после воздействия гипоксии, несмотря на большое число повреждений коры мозга животных.
Теоретическая в практическая значимость работы. Выполненная работа с дополняет представления об инструментальных условных рефлексах: в результаты \ работы показано, что у крыс, также как и у кошек, возникает такая стадия выработки условного рефлекса, при которой проявляется свойство более легкого угашения (и восстановления) сверхупроченного рефлекса, в отличие от рефлексов со средним и малым числом сочетаний условного стимула с пищевым подкреплением.
Проведенное исследование делает возможным теоретически обосновать зависимость особенностей проявления инструментального рефлекса (включая угашение и восстановление рефлекса) от степени его упроченности. Выполненная работа раскрывает также особенности проявления рефлексов разной степени выработанности при наличии сильного стрессового воздействия (гипобарической , гипоксии), приводящего к патологическим изменениям коры мозга животных.
Полученные данные имеют и практическое значение, так как могут представлять интерес для клиницистов, реаниматологов. Результаты исследования могут быть использованы для оптимизации жизнеобеспечения и работы в экстремальных условиях.
Научно-теоретические положения и выводы могут быть использованы физиологами, морфологами в лекционных курсах и при проведении практических занятий по физиологии животных, физиологии ВНД, гистологии. Результаты исследования также будут интересны этологам.
Апробация работы. Результаты исследования были представлены на научной конференции «Новое в изучении пластичности мозга» в Институте Мозга РАН (Москва, 2000), научных сессиях МПГУ (Москва, 2002,2003,2004); научной конференции молодых ученых Института ВНД и НФ РАН (Москва, 2003, 2004); III конференции молодых ученых России с международным участием «Фундаментальные науки и прогресс клинической медицины» (2004); на Слушании важнейших достижений научно-исследовательской работы ИВНД и НФ РАН за 2004 г. (Москва, 2004).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ. Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материала и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, заключения, выводов и списка литературы. Список цитируемой литературы содержит 213 источников, из них 57 зарубежных. Диссертация изложена на 148 страницах машинописного текста, включая 38 рисунков. Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю, д.б.н., профессору Косицыну Николаю Степановичу. Автор искренне признателен сотрудникам лаборатории УИЦОУР ИВНД и НФ; к.б.н. Сердючнко Вере Михайловне, к.б.н. Свинову Михаилу Михайловичу, к.б.н. Пасиковой Наталье Викторовне, а также инженеру ИВНД и НФ Александрову Владимиру Ивановичу за помощь в проведении эксперимента. Автор выражает благодарность всем сотрудникам кафедры анатомии и физиологии биолого-химического факультета МПГУ. Автор также благодарен д.б.н., профессору Ожиговой Аиде Павловне за долгую искреннюю поддержку. Автор искренне благодарит за ежедневную поддержку, веру и помощь глубокоуважаемых и дорогих родителей: Месенко Михаила Петровича и Месенко Марию Павловну, любимого супруга Пенькова Александра Александровича (за непоколебимую надежду и постоянную помощь). Автор выражает искреннюю благодарность брату, Месенко Михаилу Михайловичу за помощь и яркий пример достижения научных целей.
Особенности условнорефлекторного поведения
Одним из важных направлений в комплексе исследований интегративной деятельности мозга является изучение физиологических основ взаимодействия сенсорных и моторных систем, основ условнорефлекторного поведения (Анохин ПК., 1968; Судаков К.В.Д995; Иоффе М.Е., 1997).
Условный рефлекс - четкая (локальная) реакция на ситуацию (или стимул), возникновение которой прогнозируется с вероятностью, близкой к единице. Имеется шкала (непрерывный ряд) опережающих реакций — реакций на прогнозируемые ситуации. На одном конце этого ряда - неопределенные прогнозы и ориентировочные реакции, на другом - определенные прогнозы и условные рефлексы. А между ними - непрерывный ряд реакций, имеющих черты и ориентировочных реакций, и условных рефлексов (Фейгенберг И.М., 1998). Условный рефлекс является опережающей реакцией, адекватной некоторому внешнему событию, которое по субъективному прогнозу, должно вот-вот наступить. Считалось, что для выработки условного рефлекса надо сначала угасить ориентировочную реакцию. Ориентировочная реакция возникает при внезапном появлении какого-нибудь стимула - звука, света и т.п. Поза животного становится подобранной, глаза осматривают окружающую обстановку. Кровяное давление несколько повышается, работа сердца усиливается. В кровь поступают гормоны, активирующие нервную систему, из печени в кровь поступает сахар, необходимый для работы мышц, и т.д. Если сигнал, вызвавший ориентировочную реакцию, многократно повторяется, то она становится все слабее и, наконец, исчезает совсем - угасает.
Интересной темой в физиологии условнорефлекторного поведения всегда являлась тема доминанты. Еще А.А. Ухтомский сформулировал основные принципиальные предположения, касающиеся явления доминанты. При изучении работ А.А. Ухтомского, в которых доминанта рассматривается как главенствующий рефлекторный акт, подавляющий всю остальную активность ЦНС, создается впечатление, что в любой взятый момент времени, может существовать лишь один доминантный очаг. В одной из работ Ухтомский теоретически допускает, что в организме «могут жить одновременно много потенциальных доминант» (Ухтомский А.А., 1923).
Анализ некоторых поведенческих реакций также приводит к выводу, что в нормально функционирующем организме, 1 должны быть заложены механизмы, допускающие сосуществование нескольких доминант (Павлыгина Р.А. и др., 2000).
При определенных условиях могут быть созданы в ЦНС два одновременно функционирующих доминантных очага. Одинаково «слабые» (скрытые доминанты при подпороговой электрокожной стимуляции конечностей и мышц глаза) или одинаково «сильные» доминантные очаги (доминанта голода и гипнотическая доминанта) могут существовать одновременно, Под «силой» подразумевается выраженность суммационных свойств, которые в свою очередь определяются стабильностью очага возбуждения, его возбудимостью. Если один из очагов более «сильный», чем другой, то чаще всего второй затормаживается. (Так, например, тяжело создать двигательную доминанту на фоне функционирующей мигательной доминанты).
Согласно классической рефлекторной теории (как она сложилась к первым десятилетиям нашего века) каждая реакция организма на стимул осуществляется О рефлекторной дугой - разомкнутой цепочкой нейронов, в начале которой находится рецептор, чувствительный к определенному виду энергии, а на конце - эффектор или группа эффекторов, например, мышцы или железы. Но согласно современным представлениям, и условный рефлекс, и ориентировочная реакция являются реакциями на прогнозируемую ситуацию. Условный рефлекс - реакция на ситуацию, наступление которой прогнозируется с вероятностью, близкой к единице, это реакция на определенный прогноз. Ориентировочная реакция - это реакция на неопределенный прогноз, когда прошлый опыт еще не дает оснований с достаточно высокой вероятностью прогнозировать наступление чего-либо определенного. Угасание ориентировочной реакции и формирование условного рефлекса - это динамика реакций организма при постепенном переходе от неопределенности вероятностного прогноза к его определенности.
Соответственно вероятностному прогнозу формируется преднастройка, которая обеспечивает более точную, более быструю, более экономную реакцию на стимул, когда он возникнет. Преднастройка связана с местом и временем прогнозируемой субъектом реакции.
Наиболее широкие возможности вероятностного выбора путей реализации нервного акта проявляются в организации временных связей условного рефлекса. В очень наглядной форме это демонстрируют опыты с условными рефлексами, которые вырабатывались на прямое электрическое раздражение коркового пункта (Коган А.Б и др., 1958). Так как точно известно местоположение пункта, от которого начнет распространяться условное возбуждение, то, исходя из морфологии соответствующих структур мозга, можно способом хирургических выключений испытать степень необходимости тех или иных путей для его проведения к исполнительным нервным центрам. Такие опыты были проведены Глумовым Г.М. (Глумов Г.М., 1962), который выключал у одних животных одни пути от очага условного возбуждения, а у других - иные, и так до тех пор, пока не были испытаны все возможные связи. Эти опыты показали, что условный рефлекс мог осуществляться после любой из проделанных операций и что условное возбуждение U не идет по какому-то одному фиксированному пути, а может пользоваться многими путями. Но при использовании разных путей для реализации условного рефлекса выявляется их функциональная неравноценность. В данном случае обнаружилось, что условное возбуждение прежде всего осуществляется по интракортикальным связям и при их выключении затрачивается больше времени на прохождение по другим путям (Коган А.Б., 1979).
Проявление условных рефлексов носит определенный, математически доказанный ] \у характер. В работах ряда авторов выявлен нелинейный характер воспроизведения условных рефлексов (Kamin L.I, 1957; Воронин Л.Г. и др., 1976). В то же время при анализе динамики их формирования обычно констатируют достаточно равномерное нарастание числа условнорефлекторных реакций. Кривые динамики выработки условных рефлексов, усредненные по многим животным и обработанные с применением математических методов, позволяющих сглаживать случайные выбросы, действительно имеют форму плавного нарастания. Однако, в отдельных работах отмечается фазность в динамике становления у животных условных рефлексов. (Соколов Е.Н., 1958; Жадин МН.и др., 1977).
Особенности образования инструментальных рефлексов
Все условные рефлексы можно разделить на классические и инструментальные. Это два типа поведения, которые были описаны как соответственно respondent behavior operant behavior (Skinner В.F., 1938) и classical instrumental conditioning (Hilgard E.R., et. al.,1940) или условные рефлексы 1 и 2 типов ( Конорский Ю.,1970). В случае выработки классического условного рефлекса через определенный интервал после предъявления условного стимула предъявляется какой-то подкрепляющий раздражитель. Собственное активное поведение животного здесь сводится к минимуму. А «инструментальные условные рефлексы — это рефлексы, в которых в ответ на данный раздражитель производится движение, выполняя которое; \ животное либо обеспечивает себя привлекающим безусловным раздражением... либо избегает отвергаемого раздражения» (Конорский Ю., 1970, с. 308), Согласно Э.А. Асратяну, инструментальные рефлексы — это рефлексы, в которых осуществление «тех или иных других двигательных реакций является непременным условием как для получения вознаграждения организмом, так и для избавления или избегания болевого раздражения и т.п. (Асратян Э.А. ,1970).
Как следует из этих определений, инструментальные рефлексы характеризуют активное поведение животного, направленное на получение биологически полезного результата. Это естественно, поскольку условный рефлекс как механизм, созданный эволюцией, должен иметь адаптивное, приспособительное значение. И.П. Павлов писал: «Общий физиологический закон работы скелетной мускулатуры есть движение ко всему, захватывание всего, что сохраняет целость животного организма, уравновешивает его с окружающей средой, - положительное движение, положительная реакция и, наоборот, движение от всего, отбрасывание ... всего, что угрожает жизненному процессу, нарушило бы уравновешивание организма со средой, - отрицательная реакция, отрицательное движение» (Павлов И.П., 1936).
Ю. Конорский, который был одним из родоначальников исследования механизмов такого типа обучения, ведущую роль в осуществлении инструментальных рефлексов придавал определенному уровню мотивации. Теория редукции драйва, которая была развита Ю, Конорским, является ключевым, очень важным звеном для понимания существа инструментальных условных рефлексов. Согласно Ю. Конорскому (Конорский Ю.,1970), для формирования и осуществления инструментального условного рефлекса необходим определенный уровень активации мотивационных центров или центров драйва. Ю. Конорский разделял два вида безусловных рефлексов - подготовительные, или драйвовые, рефлексы, и исполнительные, или консумационные, рефлексы. Драйвовые рефлексы - это состояние, определенная мотивация, которая возникает при активации тех или иных мозговых структур («центра соответствующего драйва»). Это — голод, жажда, страх и т.д. При этом каждое их этих состояний характеризуется определенным поведением.
Принято сопоставлять теорию инструментальных рефлексов и теорию функциональной системы, развитой П.К. Анохиным (Анохин П.К, 1968, Анохин П.К., 1979) и его последователями (Судаков К.В., 1986) При этом рефлекторная теория представляется в примитивном виде, теорией, в которой не учитываются афферентация и эффект, игнорируется активные достижения цели. Соответственно, теория инструментальных рефлексов ставит во главу угла целенаправленное (поисковое) поведение, вызванное определенной мотивацией (драйвом). Выполнение адекватной реакции приводит к редукции драйва, вследствие чего данная реакция закрепляется и далее выполняется при данных обстоятельствах. В значительной степени то же, но в другой форме, имеет место в теории функциональной системы. Ведущим компонентом этой системы является доминирующая мотивация, и здесь производится постоянная оценка результата действия, которая фиксируется, если оно приводит к биологически полезным последствиям. Это лишь самое общее сходство. При более детальном анализе можно найти большие возможности для дискуссии, в частности, относительно разницы в подходах к структурно-функциональному анализу поведения. Важно, что и та и другая теории не противоречат друг другу (М.Е. Иоффе, 1987).
Считается, что оперантное поведение характеризуется регулируемым (приобретение) и эпистемическим ( сохранение) компонентами (Russell J., 1980). Выделяют критерии - 3 главных и 3 производных, - необходимые, чтобы регулируемое направленное поведение (например, реакции нажима на рычаг у крысы) стало эпистемическим. Главные критерии: А - организм проявляет гибкость поведения, Б - поведение организма основано на предполагаемом в будущем эталоне, В — поведение организма - это причина изменений обстановки. Соответствующие производные в данной теории; а) организм развивает новые средства, когда не осуществляется ожидания; б) реакции организма - не под прямым контролем состояния мотивации; в) организм сохраняет реакцию, несмотря на изменения обстановки.
В результате многолетних и разнообразных работ, выполненных Э.А. Асратяном с сотрудниками (Асратян ЭЛ., 1970; Варга М.Е., 1953; Варга М.Е.,1955; Руденко Л.П., 1974; Стручков МИ, 1964;. Стручков М.И., 1970), выявлены многие стороны процесса формирования прямых и обратных связей, роль факторов физиологической силы раздражителей и порядка их сочетания, условия образования и свойства обратных условных связей, их функциональное и биологическое значение, а также их роль в организации целенаправленного поведения.
В процессе выработки инструментальных условных рефлексов сначала появляются обратные связи, а затем и прямые. При проявлении прямой условно-рефлекторной связи, животное, кончив есть, под влиянием оставшегося пищевого возбуждения снова поднимает ту же лапу, что расценивается как проявление обратной связи. Без воздействия какого-либо внешнего раздражителя животное под влиянием пищевого возбуждения спонтанно поднимает рабочую лапу и это сопровождается жевательной реакцией. Т.о. обратные связи при инструментальных рефлексах в виде подъема рабочей лапы проявляются в двух случаях: либо после окончания еды, либо спонтанно в межсигнальный период под влиянием пищевой возбудимости. Появление__ обратных связей служит хорошим прогностическим признаком того, что вскоре появятся и прямые связи. Опережение появления обратных связей выявляется довольно легко. В первый период выработки двигательно-пищевых условных рефлексов подъема рабочей лапы на определенную высоту, автоматически подающей кормушку, условный рефлекс или прямая связь еще отсутствует. В этих случаях экспериментатору приходится применять насильственный подъем лапы, что приводит к подаче пищи. Таким образом идет выработка инструментального условного рефлекса или прямой связи. Но в то же время в этот ранний период выработки обратные связи уже начинают появляться в виде активного подъема рабочей лапы после окончания акта еды или в интервалах между раздражителями. С повышением пищевой мотивации число обратных связей
Воздействие гипоксии на условнорефлекторное поведение
Причина повышенной экстракции кислорода на уровне артериол при гипоксии заключается в интенсивной диффузии кислорода через стенки артериол в условиях пониженной, вследствие артериальной гипокапнии, скорости кровотока в микрососудах мозга (Вовенко ЕЛ. и др., 1998). Такие эффекты интересны при сравнении с результатами влияния гипероксии на артериальный кровоток. Так, при измерении напряжения углекислого газа в крови показано, что спонтанное дыхание гипероксической газовой смесью приводит к повышению величин Рсо2 как в системной артериальной крови, так и в крови сагиттального синуса его влияние на транспорт кислорода в мозгу крыс при нормобарической гипероксии. Также выявлено, что при переводе животного с дыхания воздухом на дыхание кислородом достоверно повышается напряжение СОї в системной артериальной крови и в крови сагиттального синуса, рост напряжения углекислого газа артериальной крови приводит к увеличению скорости мозгового кровотока и к снижению артериовенозной разницы по содержанию кислорода в крови мозга (Соколова И.Б. и др., 1998).
Современными исследованиями изучены механизмы работы нервной ткани при гипоксии, особенно интересны процессы деполяризации в коре. Так, у крыс с фокальной корковой ишемией, вызванной фотохимическим тромбированием среднемозговой артерии, и с системной гипоксией, обусловленной сочетанным влиянием 0,5 % оксида углерода, и перевязки сонных артерий, / показано, что I С/ ишемическая деполяризация приводит к снижению амплитуды депрессии до 20 25%, а следовые потенциалы значительно понижаются в первых тестах (на 4-8 день), а затем резко возрастают в частично поврежденных перифокальных участках (к 24 дню). Кроме того, ишемическая деполяризация стимулирует истинную деполяризацию нервной ткани, сопровождающуюся массивным выходом во внеклеточное пространство возбуждающих аминокислот и цитотоксическим отеком нервной ткани. В отличие от такого эффекта, в опытах с системной гипоксией, \ уровень постоянного потенциала сохранялся стабильным после перевязки сонных артерий и начала действия оксида углерода. Гипоксическая деполяризация неокортекса провоцировалась одиночными волнами распространяющейся депрессии, ее амплитуда была достоверно ниже ишемической деполяризации (19,0 + 0,8 мВ) и стабильно сохранялась в течение всего периода гипоксического воздействия. В хронических экспериментах было обнаружено, что после гипоксической деполяризации амплитуда тестирующих волн распространяющейся депрессии и следовых потенциалов сохраняла нормальные значения, характерные для интактной коры. Возможно, что гипоксическая деполяризация отражает преимущественно реакцию гематоэнцефалического барьера: интенсивный спазм мозговых сосудов и вазогенный отек, возникающие в ответ на одиночную волну, распространяющейся депрессии при определенном уровне гипоксии (Королева В.И. и др., 2000).
При моделировании гипоксии различной тяжести, установлено, что \ О функциональная активность нейронов зависит от энергетического обмена клеток. J » По мере увеличения гипоксического воздействия происходит взаимозаменяемость метаболических потоков, которые участвуют в компенсаторном поддержании энергетического статуса клеток. Вследствие этого в широкой области значений РОг сохраняется высокая интенсивность спонтанной электрической активности (Лукьянова Л. Д. и др., 1989).
В условиях нормального атмосферного давления раздражение гипоталамуса оказывает преимущественно активирующее влияние на деятельность дыхательных и ретикулярных нейронов продолговатого мозга. Выяснено, что в начальной стадии гипоксии на фоне гипоксической активации импульсного раздражения нейронов, облегчающее влияние ритмического раздражения гипоталамуса было менее выраженным, хотя и преобладало над тормозящим его действием. Во второй стадии гипоксии на фоне гипоксического угнетения активности нейронов сохранялся в основном облегчающий эффект раздражения гипоталамуса. Такая реакция наиболее выражена у нейронов с низкой фоновой активностью. Нейроны с высокой частотой импульсации реагируют на раздражение преимущественно торможением (Карапетян М.А. и др., 1987).
Изменения происходят не только с нейронами, но даже и в содержании миелиновых белковЛІри пребывании крыс в условиях умеренной гипоксии (7% ( во вдыхаемой газовой смеси) в течение 30 мин изменялось содержание вы шсомолекулярного Wolfgram белка (уменьшалось уже через 4 часа после гипоксии и оставалось сниженным в последующие временные интервалы, вплоть до мес. после гипоксии). Содержание главных миелиновых белков Folch Lees протеолипида и Agraval снижалось через 2 мес. после гипоксии. В то же время, начиная с 24 часов, происходило относительное увеличение доли щелочных миелиновых белков (Wender М., etal., 1990).
Воздействие гипоксии отражается на биохимических процессах в организме. Исследования влияния стероидных гормонов на уровень биогенных аминов в легких при развитии легочной гипертензии у крыс в условиях хронической гипобарической гипоксии (на высоте 9000 м) показали, что степень выраженности влияния стероидных гормонов на активность катехоламинов в легочной ткани зависит от индивидуальных особенностей действия стероидных гормонов и определялась состоянием нормоксии или гипоксии. Так, если при нормоксии все стероидные гормоны (гидрокортизон, тестостерона пропионат, прогестерон, эстрадиолоа диприонат) увеличивали активность адреналина и тормозили образование в легочной ткани гистамина и норадреналина, то, при гипобарической гипоксии, стероидные гормоны усиливают освобождение гистамина, серототнина и катехоламинов в легочной ткани, и также угнетают концентрацию норадреналина, оказывающего вазопрессорное действие, что в значительной мере препятствует развитию легочной гипертензии (Прибывалова Н.Н.,1987). При хронической гипоксии сниженные дыхательные ответы у крыс связаны также с повышением содержания дофамина в сонном гломусе (Wach R. A., et.al., 1989).
Таким образом,гипокси5мшзывает значительные изменения в работе всех систем: кровеносной, выделительной, эндокринной и, конечно, существенные изменения в работе нервной системы. 1.2.3. Воздействие гипоксии на поведение
Каждый участок нервной системы: участок спинного мозга, подкорковое ядро или участок коры важен для обеспечения полной функциональной деятельности организма (включая высшую нервную деятельность), поскольку входит в систему взаимосвязанных структур. Так, например, процесс обучения носит характер упорной, систематической и зачастую медленно прогрессирующей тренировки, а удаление узко локализованного участка коры головного мозга приводит к необратимей утрате навыка, несмотря на то, что как считает Э.А. Асратян : «...чем НИЖЄ СТОЯТ ЖИВОТНЫЕ а ОїнОЇЇІсНИИ БОЗраСТНОИ ИЛИ БИДОйОН 320ЛЇСЦНП, 7SM, КйК правило, менее значительны по своей глубине последствия различного рода повреждений разных органов центральной нервной системы и отчасти периферических нервов, тем быстрее развиваются компенсаторные приспособления и тем менее значительно участие высших отделов головного мозга в их осуществлении» (стр.87 из Асратяи Э.А., 1983). Несмотря на это, с помощью современных методов локализации условнорефлекторных очагов в коре головного мозга с последующим анализом этих участков гистохимическими, цитологическими и электрофизиологическими методами (Косицын Н.С. и др. 1983; Косицын Н.С. и др. 1986), установлено обратное (Сапецкий А.О.,1998). Хотя крысы занимают более низкую ступень видовой эволюции по сравнению с хищниками и приматами, а ассоциативные области головного мозга у крыс выражены слабо и имеет место диффузное распределение волокон в коре головного мозга, была установлена строгая функциональная связь между экстирпацией узко локализованной области коры головного мозга — «зоны Лешли» и необратимой утратой соответствующей функции. Получается, что выпадение одного участка влечет за собой нарушение поведения, отражающиеся в неверном анализе элементов окружающей обстановки. При гипоксии происходит выпадение определенных локусов коры, что влечет за собой очевидные изменения в поведении животных.
Хорошо изучено пренатальное воздействие гипоксии. У молодых крыс, рожденных животными, которые во время беременности находились в атмосфере, содержавшей 12% Ог, наблюдалась задержка физиологического развития и ослабление рефлекторных функций. Также отмечена гиперактивность, ухудшение по сравнению с контролем, способности к ориентировке и к выполнению тестов лазания, вращения;\и пассивного избегания; снижена толерантность к физической нагрузке в третбане (Janicke В. et.al.,1989).
Показано также долговремснное_влияние на поведенческие изменения после гипоксии, вызванной нитритом натрия. Такая вызванная ЫагТОг-гипоксия изменяет поведение крыс, их исследовательскую активность (уже через час после воздействия) (Hlinak Z., etal.,1990).
Устойчивость животных к воздействию гипобарической гипоксии
Известно, что при шоке, в результате тяжелой гипоксии, система микроциркуляцин испытывает специфические повреждения в виде нарушения проницаемости капиллярной стенки, загустевания отдельных капилляров и возникновении труднообратимых явлений капиллярного стаза. Поражения нервной ткани отдаленно похожи на явления, возникающие при гипотермии, но причиной замедления кровотока в микрососудах при глубокой гипотермии является повышенная агрегация эритроцитов. При гипотермии агрегация эритроцитов — явление преходящее: агрегаты создаются и разрушаются. Они не приводят к стазу, но могут замедлить микроциркуляцию. При шоке в результате гипоксии агрегация эритроцитов и адгезия лейкоцитов к стенкам венул приводит к полному стазу кровообращения в капиллярах (Иванов К.П. и др, 1996). У людей, перенесших острую горную болезнь тяжелой степени, было выявлено что в первый период воздействия гипоксии происходило увеличение кровенаполнения головного мозга на фоне снижения тонических и эластических свойств сосудов с развитием застойных явлений и возникновением отека мозга, что происходит в результате микроструктурных изменений мозговой ткани, возникших в результате множественных кровоизлияний (Сороко СИ., 1992). А на уровне электрических процессов, гипоксическая деполяризация отражает преимущественно реакцию гематоэнцефалического барьера: интенсивный спазм мозговых сосудов и вазогенный отек, возникающие в ответ на одиночную волну распространяющейся депрессии при определенном уровне гипоксии (Королева В.И. и др., 2000).
Известно также, что в условиях высокогорной гипоксии (3200 м) формы ядер глии в супраоптическом ядре и нейрогипофизе крыс обнаруживают пофазные изменения. С ростом объема ядер возрастает количество ядер сферической формы (активная фаза адаптации) и наоборот. Отмечаются: умеренное полнокровие капилляров гипоталамо-гипофизарной нервной системы, увеличение глио-нейронального комплекса, увеличение объема клеток, единичные нейросекреторные системы вытянутой формы. Ядро и ядрышко крупные, сферические, контурированные, расположенные эксцентрично со смещением к полюсу, противоположному аксональному, а сосуды - расширены (Янгалычева Э.А.,1989; Кривицкая Г.Н., 1987).
В мозге новорожденных поросят после гипоксической гипоксии наблюдаются частичные необратимые изменения нейронов, набухание эндотелия, начинающийся отек мозга.
При проведении гистологической части эксперимента, в сенсомоторной зоне коры мозга крыс, были обнаружены плотные клеточные ансамбли из нейронов и клеток глии, поврежденные капилляры, пролиферацию глии.
В отношении повреждений коры экспериментальные группы показали повышенное число повреждений в группах СУпР и МР2 (рис. 32). Это коррелирует с устойчивостью крыс к гипоксии (см. главу 3.3.): в состав групп СУпР и МР2 входили и высокоустойчивые и сред неустойчивые животные. Именно высокоустойчивые крысы, выдержавшие более длительное время в условиях «высоты», характеризуются большим количеством повреждений коры мозга, по сравнению со средне- и низкоустойчивыми крысами ( рис. 33).
Однако, у среднеустойчивых крыс была заметна тенденция к большей площади повреждений коры мозга (рис. 34). Таким образом, именно в группах МР1 и СУпР, в которых преобладали высоко- и сред неустойчивые животные и наблюдались большее количество и площадь повреждений коры больших полушарий, что должно было бы негативно влиять на параметры условнорефлекторного поведения и молодого рефлекса (в группе МР1) и сверхупрочеиного (в группе СУпР, особенно после повторной гипоксии).
Эти результаты согласуются с полученными ранее данными о том, что у средне- и высокоустойчивых к гипоксии крыс, выраженность и продолжительность структурно-метаболической адаптации мозга больше, чем у и низкоустойчивых. Вместе с тем, и количество повреждений у высокоустойчивых и среднеустойчивых особей - гораздо выше («структурная цена адаптации») (Саркисова К.Ю., 1997). У низкоустойчивых крыс в острую фазу действия гипоксии появляются особенности, уменьшающие повреждающее действие гипоксии: выявляются значительные изменения в количестве синаптических пузырьков, локированных к пресинаптической мембране активных зон синапсов. Есть предположения, что повышенная чувствительность низкоустойчивых животных к действию гипоксического фактора связана с их более реактивной системой синаптической трансмиссии ( Свинов М.М и др., 2001).
Поскольку в эксперименте участвовали разные возрастные группы животных, был проведен анализ повреждений коры мозга в связи с возрастом крыс. Видимо, т.к. животные испытывали воздействие гипоксии в зрелом (9, 12 мес.) и старом (14, 16 мес.) возрасте, не наблюдалось достоверных различий по количеству и площади повреждений коры (рис. 35).
