Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 10
1.1 Макро- и микроэлементы в биохимических и физиологических процессах организма растений 10
1.2 Физиологическое значение макро- и микроэлементов для организма человека и животных 14
1.3 Княжик сибирский, лабазник вязолистный, альфредия поникшая: характеристика растений, использование в народной медицине 38
1.4 Химический состав и биологическая активность фармакологически активных фракций княжика сибирского, лабазника вязолистного, альфредии поникшей 41
Глава 2 Материалы и методы исследования 45
Глава 3 Результаты собственных исследований 59
3.1 Влияние составов макро- и микроэлементов на двигательную активность и ориентировочно-исследовательское поведение в открытом поле 59
3.2 Изучение влияния составов макро- и микроэлементов на эмоциональную реакцию по методу J. Brady и W. Nauta 65
3.3 Исследование влияния составов макро- и микроэлементов на поведение животных в условиях конфликтной ситуации 67
3.4 Изучение влияния составов макро- и микроэлементы на поведение животных в приподнятом крестообразном лабиринте 71
3.5 Исследование влияния составов на поведение в методике вынужденного плавания (реакция R. Porzolt) 73
3.6 Исследование влияния составов макро- и микроэлементов на обучение и память при выработке и воспроизведении условного рефлекса пассивного избегания 76
3.7 Исследование влияния составов макро- и микроэлементов на поведение животных при выработке и воспроизведении условного питьевого рефлекса в Т- образном лабиринте 83
3.8 Изучение острой токсичности составов макро- и микроэлементов 90
Глава 4 Обсуждение полученных результатов 93
Выводы 107
Список сокращений 108
Список литературы 109
- Физиологическое значение макро- и микроэлементов для организма человека и животных
- Влияние составов макро- и микроэлементов на двигательную активность и ориентировочно-исследовательское поведение в открытом поле
- Исследование влияния составов макро- и микроэлементов на обучение и память при выработке и воспроизведении условного рефлекса пассивного избегания
- Исследование влияния составов макро- и микроэлементов на поведение животных при выработке и воспроизведении условного питьевого рефлекса в Т- образном лабиринте
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Макро- и микроэлементы являются важнейшими участниками большинства биохимических и физиологических процессов, в том числе тех, которые участвуют в обеспечении нервной деятельности.
Магний - обязательный участник синтеза всех нейропептидов в головном мозге, нейромедиаторов норадреналина, тирозина, ацетилхолина. Он входит в состав 13 металлопротеинов и более 600 ферментов [Спасов А.А., 2000; Громова О.А. и др., 2010; Molecular..., 2016; Lukens B.E., Ray D., 2016]. Ионы магния являются главными участниками феномена долговременной потенциации N-метил-D-аспартат - рецепторов, лежащих в основе оперативной (кратковременной) памяти. Магнийсодержащие ферменты и ионы магния обеспечивают поддержание энергетических (каскад АТФ, транспортирование глюкозы в клетки) и пластических процессов (рибосомальный синтез нейроспецифических белков и липопротеидных комплексов) в нервной ткани [Громова О.А. и др., 2010; Gano D. et al., 2016]. Цинк присутствует в везикулярной фракции в отростках нейронов, из которой он поступает в синаптическую щель при электростимуляции и может изменять активность различных нейромедиаторов, регулирующих работу возбуждающих и тормозящих рецепторов [Tian K. et al., 2017]. Медь является кофактором большого количества ферментов (цитохромоксидазы, аскорбиноксидазы, церулоплазмина и др.), участвует в энергетическом и пластическом обменах [Осипова Е.В., 2005; Arain M.S. et al., 2017]. В ЦНС железо имеет важное значение для нескольких процессов, включая синтез ДНК, экспрессию генов, синаптическую передачу, миелинизацию, транспорт, хранение и активацию кислорода, митохондриальный перенос электронов и обмен веществ. Железо также выполняет функцию кофактора для многих ключевых ферментов биосинтеза нейромедиатов [Wayne Martin W.R., 2009; Zorzi G. et al., 2011; Schipper H.M., 2012; Weinreb O. et al., 2013].
Железо и медь участвуют в процессах коркового возбуждения и торможения в коре больших полушарий головного мозга. Влияние ионов кальция на деятельность центральной и периферической нервных систем связывают с их участием в процессе секреции медиаторов в синапсе и передаче процесса возбуждения в теле нейрона и нервных окончаний [Новикова Л.Б. и др., 2010; Mark M.D. et al., 2017]. Изменение концентрации кальция в тканевой жидкости влияет на проницаемость мембран
нейронов для ионов натрия и калия и соответственно на ее возбудимость, ионы кальция играют важную роль в процессах синаптической передачи. Натрий и калий участвуют в формировании потенциала покоя клетки, представляющего собой самый значительный энергетический ресурс организма, а локальные изменения в их концентрациях служат основой как потенциала действия, так и градуального потенциала [Албертс Б. и др., 1994; Васильев Ю.Г., Берестов Д.С., 2011; Ward R.J. et al., 2015]. Тесно взаимосвязаны процессы транспорта натрия и глюкозы – основного энергетического субстрата тканей мозга [Осипова Е.В., 2005]. Бром усиливает процессы торможения в коре головного мозга [Тагдиси Д.Г., Алиев С.Д., 1979; Бахтина Г.Г. и др., 2007]. Рубидий усиливает передачу нервных импульсов [Тагдиси Д.Г., Алиев С.Д., 1979].
До недавнего времени макро- и микроэлементы применялись с лечебной целью
чаще всего как вещества, необходимые для замещения дефицита элементов (например,
йод – при эндемическом зобе, фтор – при эндемическом кариесе зубов, кобальт – при
эндемическом акобальтозе сельскохозяйственных животных). В настоящее время
выявлены новые стороны биологического действия макро- и микроэлементов как
лечебных средств. Поступая в организм человека, они взаимодействуют с различными
комплексообразователями (аминокислоты, соединения цикла Кребса, желчные кислоты
и др.), что значительно повышает их каталитическую активность. Многие элементы,
такие как магний, цинк, медь, хром, являются важными структурными единицами
простетических групп ферментов, обеспечивая значительное количество
метаболических процессов. Поскольку биохимические структуры, в которые входят макро- и микроэлементы в обычных условиях, не являются предельно насыщенными, то дополнительное поступление макро- и микроэлементов в организм стимулирует соответствующие физиологические процессы [Райцес В.С., 1981].
Степень разработанности. В результате поиска и разработки новых лекарственных средств растительного происхождения, сочетающих высокую активность с безопасностью, были признаны перспективными для создания фитопрепаратов ноотропного действия княжик сибирский, лабазник вязолистный, альфредия поникшая [Шилова И.В. и др., 2013]. Установлено, что ноотропный эффект обуславливают фенолоспирты, гликозиды кверцетина, тритерпеновые спирты, бутиролигнаны [Шилова И.В. и др., 2010, 2013]. Не изученной оказалась активность неорганических компонентов, обнаруженных в фармакологически активных фракциях экстрактов:
княжика сибирского с преобладанием магния, железа, меди, хрома; лабазника
вязолистного – кальция, натрия, железа, цинка, хрома, брома; альфредии поникшей –
калия, магния, цинка, рубидия [Суслов Н.И. и др., 2008; Шилова И.В., 2010; Шилова
И.В. и др., 2010, 2012, 2013]. Макро - и микроэлементы играют важную роль в
многочисленных биохимических процессах растительного организма. Они входят в
состав клеточных структур, ферментов, участвуют в процессах дыхания, различных
видов обмена и т.д. В настоящее время в растениях найдено более 80 химических
элементов [Битюцкий Н.П., 2011; Горячкина Е.Г. и др., 2012]. Терапевтический эффект
растений обусловлен содержанием в них различных биологически активных соединений
и при этом макро - и микроэлементы могут усиливать активность основного
действующего начала растения и обладать собственной активностью [Горячкина Е.Г. и
др., 2012; Круглов Д.С., Круглова М.Ю., 2012]. Наряду с ноотропным, экстракты
княжика сибирского и лабазника вязолистного проявили психостимулирующий и
анксиолитический эффекты, а экстракт альфредии поникшей – еще и
антидепрессантный [Шилова И.В. и др., 2010, 2013; Мустафин Р.Н., 2014]. В связи с
этим представляется актуальным исследование в психофармакологическом
эксперименте составов макро - и микроэлементов, воспроизведенных искусственно из неорганических солей, содержащихся в фармакологически активных фракциях экстрактов княжика сибирского, лабазника вязолистного, альфредии поникшей.
Цель работы. Изучить психофармакологические свойства воспроизведенных искусственно из неорганических солей составов макро- и микроэлементов, содержащихся в фармакологически активных фракциях экстрактов княжика сибирского, лабазника вязолистного, альфредии поникшей.
Задачи исследования:
-
Исследовать ноотропный, психостимулирующий, анксиолитический и антидепрессантный эффекты состава макро - и микроэлементов, воспроизведенного искусственно из неорганических солей, содержащегося в фармакологически активной фракции экстракта княжика сибирского.
-
Исследовать ноотропный, психостимулирующий, анксиолитический и антидепрессантный эффекты состава макро - и микроэлементов, воспроизведенного искусственно из неорганических солей, содержащегося в фармакологически активной фракции экстракта лабазника вязолистного.
-
Исследовать ноотропный, психостимулирующий, анксиолитический и антидепрессантный эффекты состава макро - и микроэлементов, воспроизведенного искусственно из неорганических солей, содержащегося в фармакологически активной фракции экстракта альфредии поникшей.
-
Провести сравнительное изучение ноотропного действия наиболее эффективных доз составов макро - и микроэлементов.
Научная новизна. Впервые изучено влияние составов макро- и микроэлементов, воспроизведенных искусственно из неорганических солей, содержащихся в фармакологически активных фракциях экстрактов княжика сибирского, лабазника вязолистного, альфредии поникшей, на ориентировочно-исследовательское поведение и условно-рефлекторную деятельность животных.
Впервые экспериментально установлено, что состав, содержащий макро- и
микроэлементы из княжика сибирского, обладает анксиолитической, ноотропной,
психостимулирующей и антидепрессантной активностью. Состав макро- и
микроэлементов лабазника вязолистного проявляет ноотропные и
психостимулирующие, а состав макро- и микроэлементов альфредии поникшей демонстрирует антидепрессивные и ноотропные свойства. Показано, что наибольшей ноотропной активностью обладает состав макро- и микроэлементов из лабазника вязолистного.
Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты
экспериментальных исследований могут служить основанием для разработки
ноотропных, психостимулирующих, анксиолитических, антидепрессантных
лекарственных средств, содержащих макро- и микроэлементы, а также активных компонентов функциональных продуктов питания.
Данные, полученные при изучении фармакологической активности состав макро-и микроэлементов, оформлены заявками на изобретение, по которым получены:
Патент РФ на изобретение № 2438677 «Средство, обладающее
психостимулирующим действием»;
Патент РФ на изобретение № 2493856 «Средство, обладающее ноотропным действием»;
Патент РФ на изобретение № 2464990 «Средство, обладающее анксиолитическим действием»;
Патент РФ на изобретение № 2470646 «Средство, обладающее нормотимическим действием»;
Патент РФ на изобретение № 2475250 «Средство, обладающее ноотропным действием».
Методология и методы исследования. В соответствии с поставленными задачами были выбраны современные высокоинформативные методические подходы, имеющиеся в научно-исследовательских лабораториях НИИФиРМ им. Е.Д. Гольдберга. Объектами исследования являлись составы макро- и микроэлементов, содержащихся в фармакологически активных фракциях экстрактов княжика сибирского, лабазника вязолистного, альфредии поникшей, воспроизведенных искусственно из неорганических солей. Фармакологические исследования проводились в соответствии с «Руководством по проведению доклинических исследований лекарственных средств» [Руководство..., 2012].
Степень достоверности и апробация работы. Высокая степень достоверности
полученных результатов подтверждается достаточным объемом экспериментального
материала, использованием современных методических подходов. Выводы,
сформулированные в диссертации, подтверждены экспериментальными данными, точностью статистической обработки полученных результатов. Основные положения диссертационной работы были доложены на межрегиональной научной конференции «Актуальные вопросы фармацевтической науки и образования» (Томск, 2011), на VII Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Сыктывкар, 2011), отражены в сборнике научных трудов «Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции» (Пятигорск, 2012), Всеукраинской научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Актуальні питання створення нових лікарських засобів» (Харьков, 2012), IV съезда фармакологов России «Инновации в современной фармакологии» (Казань, 2012), конференции молодых ученых «Актуальные проблемы экспериментальной и клинической фармакологии» (Томск, 2012).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, из них 3 – в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ. Получено 5 патентов (RU) на изобретение: № 2438677, № 2493856, № 2464990, № 2470646, № 2475250.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка использованной литературы. Работа изложена на 127 страницах, иллюстрирована 32 таблицами и 2 рисунками. Библиография включает 169 источников, из них 80 отечественных, 89 иностранных.
Физиологическое значение макро- и микроэлементов для организма человека и животных
Кальций (Са) относится к эссенциальным макроэлементам, участвует в регуляции многих процессов в организме. Одной из основных его функций является построение и нормальное функционирование костной ткани. Кальций относится к вторичным месенджерам – внутриклеточным веществам, концентрация которых контролируется гормонами, нейромедиаторами, внеклеточными сигналами [Бахтина Г.Г. и др., 2007;Тайбулатов Н.И., 2008; Zhu K., Prince R.L., 2012; Uush T., 2014].
Поддержание необходимой концентрации кальция в цитоплазме клеток разных типов обеспечивается работой специальных мебранных ферментов – Са АТФаз или кальциевых насосов плазматической мембраны и саркоплазматического ретикулума, которые способны переносить через мембрану два иона кальция против градиента его концентрации за счет гидролиза одной молекулы АТФ, а также работой системного Na+/Са2+ обмена [Громова О.А., 2007].
Действие кальция опосредовано «кальциевыми сенсорами» – специальными кальций-связывающими белками – аннексином, кальмодулином, тропонином. Кальмодулин имеется во всех клетках и при связывании четырех ионов кальция переходит в активную форму, которая может взаимодействовать с белками. Кальций оказывает влияние на активность ферментов, ионных насосов, компонентов цитоскелета за счет активации кальмодулина. Главная роль в метаболизме кальция в организме человека принадлежит костной ткани. Регуляция обмена кальция между вне- и внутриклеточной жидкостью осуществляется паратгормоном, кальцитонином, 1,25-диоксихолекальциферолом.
При уменьшении концентрации ионов кальция возрастает секреция паратиреотропного гормона (ПТГ), и остеокласты увеличивают растворение содержащихся в костях минеральных соединений. ПТГ повышает одновременно реабсорбцию ионов кальция в почечных канальцах. В итоге возрастает уровень кальция в сыворотке крови. При увеличении содержания ионов кальция секретируется кальцитонин, который снижает концентрацию ионов кальция за счет отложения кальция в костной ткани в результате деятельности остеобластов. В процессе регуляции участвует витамин D, он требуется для синтеза кальций-связывающих белков, необходимых для процессов всасывания ионов кальция в кишечнике, реабсорбции его в почках. Постоянное поступление витамина D необходимо для нормального течения кальцификации. В организме взрослого человека содержится около 1 кг кальция, 98 % которого находится в составе скелета в виде гидроксиапатита. Он составляет около 2% массы тела [Тайбулатов Н.И., 2008; Baird G.S., 2011; Smith A., 2017; Pu F. et al., 2017].
В нервной системе кальций в основном накапливается в везикулярной фракции синаптических окончаний островков нейронов и имеет тесное отношение к процессу высвобождения медиаторов (катехоламинов, серотонина, глутамата, нейропептидов) из синаптических окончаний и трансдукции сигнала. Повышенное высвобождение кальция способствует ишемическому повреждению нейронов вследствие вазоконстрикции и инициации каскада апоптоза. Кальций также катализирует многочисленные биохимические процессы в нейронах [Новикова Л.Б. и др., 2010; Mark M.D. et al., 2017].
Главным нарушением в ионном балансе при болезни Паркинсона является хроническое увеличение уровня кальция, вызванное изменением процесса его регуляции. Дисрегуляция кальция затрагивает клеточную передачу сигналов и повреждение митохондрий, приводящее к некрозу клеток [Ludtmann M.H.R., Abramov A.Y., 2017]. Последние сведения указывают на патологическую нейронную передачу сигналов, осуществляемую кальцием, при многих нейродегенеративных нарушениях, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Хантингтона и болезнь Паркинсона [Pchitskaya E. et al., 2017].
Половина содержащегося в крови кальция связана с альбумином, из оставшейся части более 80 % – это ионизированный кальций, способный проходить через стенку капилляра в интерстициальную жидкость. Именно он является регулятором разнообразных внутриклеточных процессов, в том числе проведения специфического трансмембранного сигнала в клетку, поддержания определнного уровня нервно-мышечной возбудимости.
Для полноценного осуществления физиологических функций важны следующие функции кальция:
– регуляция нервной и нервно-мышечной проводимости (элемент обеспечивает передачу нервного возбуждения, с чем связано формирование кратковременной памяти и обучающих навыков, работоспособность скелетных мышц и гладких мышц внутренних органов);
– обеспечение функционирования сенсорных систем (слуха и зрения);
– регуляция сосудистого тонуса, ритмичность сердечных сокращений, уменьшение проницаемости стенок сосудов;
– активация ряда ферментов и некоторых эндокринных желез, например, усиление действия вазопрессина (гормона, регулирующего тонус сосудов);
– участие в работе выделительной системы;
– формирование костей, дентина и эмали зубов;
– регуляция состояния покровных тканей – кожи, волос, ногтей;
– противодействие депонированию в организм токсинов, тяжлых металлов;
– участие в процессах коагуляции крови, контроль всех этапов каскада е свертывания;
– обеспечение эффективности функционирования иммунной системы;
– противовоспалительное, десенсибилизирующее, противоаллергическое действие;
– обеспечение кислотно-щелочного состояния организма;
– активация апоптоза и транскрипционного аппарата клеток; – высвобождение медиаторов из пресинаптической мембраны в синаптическую щель [Громова О.А., 2007; R. Summers R., Macnab R., 2017].
Дефицит кальция наблюдается у детей с ДЦП, аутизмом, а также отмечается у лиц с гиперфункцией щитовидной железы, нефрокальцинозе. Низкое содержание кальция наблюдается у детей при неполноценном питании (дефицит животного белка, молочных продуктов, избыток фосфора в лимонадах, консервах) или при болезнях почек, эндокринной системы, стрессах, инфекциях, дисбактериозе, кандидозе, интоксикациях тяжелыми металлами. Дефицит кальция у детей проявляется в виде заболевания рахитом, неправильным ростом зубов, склонностью к переломам костей (остеопороз), тетанией, нарушением реологических свойств крови, дисплазией соединительной ткани различной степени выраженности, вплоть до генерализованной (болезнь Марфана, синдром Элерса-Данлоса). У взрослых дефицит кальция проявляется мышечными болями, судорогами в мышцах конечностей, парадонтозом, остеопорозом, аллергозами, снижением показателей гемостаза, риском атеросклероза. У женщин могут наблюдаться предменструальные и климактерические судороги [Бахтина Г.Г. и др., 2007; Sun N. et al., 2016].
Дефицит кальция и витамина D наблюдается у детей с избыточным весом. Комбинация низкого серологического уровня 25-гидроксивитамина D и несоответствующего потребления кальция приводит к артериальной гипертензии, ожирению, метаболическому синдрому и сахарному диабету 2 типа [Cunha K.A. D. et al., 2015].
При дефиците кальция у детей (особенно в период бурного роста) может происходить кумуляция свинца в дентине зубов и в костях, даже при нормальном уровне этого токсиканта в окружающей среде (в воздухе, в воде и пище). В процессе всасывания микроэлементы магний и алюминий являются конкурентами кальция; барий, свинец, стронций и кремний могут замещать его в солях, находящихся в костной ткани. Избыток кальция в организме иногда приводит к дефициту цинка и фосфора. В то же время кальций препятствует накоплению свинца и стронция в костной ткани и является одним из основных макроэлементов, используемых с целью защиты от радиационных поражений и их последствий [Громова О.А., 2007; Keating E.M. et al., 2011].
Ион натрия представляет собой основной внеклеточный, а ион калия – основной внутриклеточный катион в организме человека. Концентрация калия внутри клетки, как правило, в 10–20 раз выше, чем снаружи. Для ионов натрия – картина прямо противоположная. При этом оба эти иона играют очень важную роль в регуляции водно-электролитного и кислотно-основного равновесий [Ленинджер А., 1985]. В электрически активных нервных клетках при распространении потенциала действия происходит многократное накапливание небольших порций натрия и потери небольших количеств калия. Главная роль калия и натрия состоит в формировании потенциала покоя, являющегося основным энергетическим ресурсом организма, и в передаче сигналов за счет потенциала действия [Албертс Б. и др., 1994; Васильев Ю.Г., Берестов Д.С., 2011; Ward R.J. et al., 2015].
Влияние составов макро- и микроэлементов на двигательную активность и ориентировочно-исследовательское поведение в открытом поле
Методика открытого поля позволяет выявить влияние исследуемых составов на ориентировочно-исследовательскую (эксплоративную) активность животных, которая является одной из наиболее простых форм когнитивной деятельности. Эксплоративное поведение, будучи комплексным поведенческим паттерном, вовлекает механизмы, иначе называемые эмоциональной системой поведенческого торможения с генерализацией возбуждения. Кроме того, данная методика позволяет оценить страх новизны и его экстинцию (гашение) в виде реакции привыкания. При помещении в прежде незнакомые условия у животного происходит активация поведения за счет естественного любопытства (безусловный рефлекс саморазвития). Эта активация усиливается тревогой (страх новизны или стресс новизны). При этом система поведенческого торможения, основным проявлением активности которой является тревога, а функцией – контроль успешности текущей деятельности, действует на показатели поведения в открытом поле амбивалентно: высокий уровень тревожности подавляет исследовательскую активность, а низкий и средний – активируют поведение [Суслов Н.И. и др., 2009; Кайгородцев А.В., 2011]. Кроме того известно, что для показателя ориентировочно-исследовательского поведения характерен определенный профиль динамики, связанный со значимостью разных психофизиологических процессов. Так, уровень горизонтальной активности в первую мин наблюдения формируется в основном за счет тревожности, в то время как в течение второй и третьей мин отражает преимущественно уровень исследовательского поведения [Маркель А.Л. и др., 1988; Суслов Н.И., 1995].
Проведенные эксперименты показали, что применение СММЭ № 1 увеличивало двигательную активность в открытом поле у животных (Таблица 2).
В первую мин эксперимента наблюдали возрастание суммарной двигательной активности мышей при введении СММЭ № 1 в дозе 19,20 мг/кг в 1,6 раза за счет горизонтальных перемещений и норкового рефлекса, в дозе 76,80 мг/кг – в 1,5 раза за счет горизонтальных перемещений. Ни одна из исследуемых доз СММЭ № 1 не оказывала влияния на смещенную активность (груминг). Количество актов дефекации у животных, получавших СММЭ № 1 в дозах 3,84; 19,20; 76,80 мг/кг, снижалось в 9,0; 9,0 и 3,0 раза соответственно по сравнению с контролем, что характеризовало вегетативную реакцию страха и может свидетельствовать в пользу наличия анксиолитического действия. Коэффициент ассиметрии поведения возрастал в 1,5 раза только у животных, получавших СММЭ № 1 в дозе 76,80 мг/кг. Во втором периоде наблюдения (2-я и 3-я мин исследования) СММЭ № 1 в дозе 3,84 мг/кг приводил к увеличению двигательной активности животных на 87 % за счет горизонтальных перемещений и норкового рефлекса, в дозе 19,20 мг/кг – на 78 % за счет горизонтальной и вертикальной активности и норкового рефлекса. В группе мышей, получавших СММЭ № 1 в дозе 0,96 мг/кг, наблюдали увеличение горизонтальных перемещений и дефекаций в 1,5 и 2,6 раза соответственно, что указывало на возрастание исследовательской активности у животных. Таким образом, СММЭ № 1 в дозах 3,84 и 19,20 мг/кг во втором периоде наблюдения вызывал существенное повышение исследовательской активности и лишь умеренно усиливал тревогу.
Курсовое введение СММЭ № 2 в дозах 0,96; 3,84; 76,80 мг/кг в первую мин эксперимента вызывало возрастание горизонтальной активности мышей в 1,6; 1,9; и 1,4 раза, что обеспечивало повышение суммарной двигательной активности в дозе 3,84 мг/кг на 29 %, в остальных исследуемых дозах – в виде тенденции (Таблица 3). Введение СММЭ № 2 во всех исследуемых дозах способствовало снижению обнюхиваний отверстий в 1,7; 2,0; 2,9 и 2,2 раза. В течение второй и третьей мин эксперимента применение СММЭ № 2 в дозах 3,84 и 76,80 мг/кг приводило к увеличению суммарной двигательной активности в 1,4 и 1,3 раза у животных по сравнению с контролем за счет возрастания горизонтальных 63 перемещений и вертикальных стоек, а при использовании в дозе 0,96 мг/кг – в 1,4 раза за счет увеличения горизонтальных перемещений и заглядываний в норки.
Во всех группах животные, получавших СММЭ № 2, демонстрировали снижение количества обнюхиваний отверстий в 1,4; 1,7; 2,3; 2,2 раза и увеличение коэффициента асимметрии в 1,3; 1,4; 1,3 и 1,5 раза в сравнении с контролем, что указывало на преобладание горизонтальной активности в исследовательском поведении.
В отличие от СММЭ № 1, введение СММЭ № 2 вызывало возрастание горизонтальной активности у мышей приблизительно в равных пропорциях, также увеличивалось количество дефекаций, что указывало на повышение психоэмоционального напряжения, хотя при этом количество актов груминга не увеличивалось.
Показатели поведения в открытом поле у мышей, получавших СММЭ № 3, достоверно не отличались от значений двигательной активности животных контрольной группы (Таблица 4).
Применение СММЭ № 1 и № 2 приводило к активации ориентировочно-исследовательского поведения животных в открытом поле, что могло быть результатом возбуждающего влияния на ретикулярную формацию в условиях стресса новизны и свидетельствовало об их психостимулирующих свойствах. При этом у обоих исследуемых составов максимальное стимулирующее действие проявилось в дозе 3,84 мг/кг, а у СММЭ № 2 – и в дозе 0,96 мг/кг. СММЭ № 3 не оказывал влияния на эксплоративное поведение животных в открытом поле.
Исследование влияния составов макро- и микроэлементов на обучение и память при выработке и воспроизведении условного рефлекса пассивного избегания
Исследование процессов выработки и воспроизведения УРПИ является самым распространенным экспериментальным приемом, применяемым для исследования памяти, выработки и сохранности условных рефлексов. Особенностью данной методики является то, что по своей поведенческой сути рефлекс представляет собой конфликт между врожденным рефлексом предпочтения темного пространства, имеющегося у грызунов, и приобретенным условным рефлексом избегания электроболевого раздражения, которое им было нанесено в этом темном пространстве при выработке рефлекса. Другой особенностью УРПИ является то, что в процессе выработки рефлекса и в дальнейшем его воспроизведении большую роль играет ориентировочный рефлекс и локомоторная активность. Животные часто не заходят в темный отсек при проверке сохранности рефлекса не в силу сохранности УРПИ, а по причине снижения ориентировочной реакции или двигательной активности. И третьей особенностью УРПИ является то, что снижение показателей сохранности рефлекса связано не только с процессом забывания, но и с экстинкцией (исчезновением) обусловленного или Павловского страха. Павловский страх, являющийся основой УРПИ, представляет собой контекстуально обусловленный рефлекс, ассоциированный с камерой УРПИ. Его экстинкция связана с исследованием обстановки камеры без получения при этом электроболевого подкрепления. По сути, это является процессом угашения рефлекса, активным, в отличие от пассивного – забывания. Элиминация Павловского страха во многом зависит от двигательной и эксплоративной активности животного в условиях камеры и имеет выраженную корреляцию с показателями ориентировочно-исследовательского поведения [Поломеева Н.Ю., 2012].
Проведенные экспериментальные исследования показали, что при выработке УРПИ у животных, получавших СММЭ № 1 в дозах 0,96 и 3,84 мг/кг, проявлялась тенденция к сокращению времени захода в темную камеру, а в дозе 19,20 мг/кг - сопоставимо с данными контрольной группы (Таблица 17). Эти результаты можно трактовать как отсутствие нарушения ориентировочного рефлекса. В дозе 76,80 мг/кг СММЭ № 1 приводил к увеличению латентного времени захода в темную камеру у мышей в 3,3 раза по сравнению с группой контроля и хорошо объясняется выраженным анксиолитическим эффектом и угнетением двигательной активности, зафиксированными в ходе эксперимента «конфликтная ситуация».
Спустя 1 сут после выработки рефлекса СММЭ № 1 не оказывал влияния на количество горизонтальных перемещений и вертикальных стоек (Таблица 18). В группе животных, получавших СММЭ № 1 в дозах 0,96; 3,84; 19,20 мг/кг, регистрировали воспроизведение рефлекса выше, в дозе 76,80 мг/кг - на уровне контроля.
При следующей проверке рефлекса, на 7 сут после его выработки, СММЭ № 1 в дозах 3,84 и 19,20 мг/кг вызывал увеличение двигательной активности мышей за счет возрастания числа вертикальных стоек в 2,8 и 3,6 раза соответственно. У животных, получавших 1 СММЭ в дозах 0,96 и 3,84 мг/кг, латентное время захода в темную камеру увеличивалось в 2,1 и 2,4 раза, количество заходов в темный отсек камеры УРПИ сокращалось в 3,3 раза по сравнению с контролем. Доля животных с наличием рефлекса в группах, получающих СММЭ № 1 в дозах 0,96; 3,84 и 19,20 мг/кг, в 3 раза выше в сравнении с контролем.
У животных, получающих СММЭ № 1 в дозах 0,96; 3,84; 19,20 мг/кг, через 14 сут после выработки УРПИ наблюдали увеличение горизонтальных перемещений в 7,1; 5,5; 4,5 раза и вертикальных – в 3,0; 2,6; 2,4 раза соответственно. В группах животных, которым вводили СММЭ № 1 в дозах 0,96 и 3,84 мг/кг, возрастало количество обнюхиваний входа в темный отсек в 3,5 и 4 раза соответственно. Использование СММЭ № 1 в дозе 3,84 мг/кг обеспечивало сохранность рефлекса у 88 % животных, в дозе 19,20 мг/кг – в 100 % случаев, что в 2 раза выше, чем в группе контроля.
При проверке сохранности рефлекса на 21 сут регистрировали возрастание двигательной активности в группах животных, получающих СММЭ № 1 в дозах 0,96 и 19,20 мг/кг: горизонтальной – в 3,0 и 1,9 раза, вертикальной – в 7,6 и 2,4 раза соответственно. Исследуемый СММЭ № 1 в дозе 3,84 мг/кг обеспечивал увеличение у мышей в 2,2 раза латентное время захода в темный отсек камеры и в 4,5 раза сокращал время пребывания в нем. СММЭ № 1 в дозах 0,96; 3,84; 19,20 мг/кг приводил к увеличению у животных в 5,7; 3,5; 7,3 раза количества обнюхиваний входа в темный отсек. Воспроизведение рефлекса для дозы 3,84 мг/кг СММЭ № 1 регистрировали у 88 % животных, дозы 19,2 мг/кг – 100 %.
СММЭ № 2 (Таблицы 19, 20) не оказывал влияния на воспроизведение УРПИ у мышей. На протяжении всего эксперимента показатели животных, получавших исследуемый СММЭ № 2, находились на уровне контроля.
Результаты экспериментального исследования (Таблицы 21, 22) показали, что СММЭ № 3 в дозе 93,60 мг/кг в течение всего эксперимента обеспечивал сохранность рефлекса в 2 раза выше, чем у мышей контрольной группы. Использование СММЭ № 3 в дозе 93,60 мг/кг приводило к увеличению латентного времени захода животных в темный отсек в 1,4; 1,5 и 1,7 раза на 1, 7, 14 сут эксперимента и сокращало время пребывания в нем в 16,8; 16,4; 9,3 и 5,2 раза в сравнении с контрольной группой во все сроки проверки рефлекса. При этом количество заходов мышей в темный отсек уменьшалось в 1,8; 6,3 и 2,6 раза относительно контроля в 1, 7, 21 сут эксперимента. Данные факты показывают, что под влиянием СММЭ № 3 улучшилась условно-рефлекторная деятельность животных. Наиболее выраженное влияние на обучение и память оказывал СММЭ № 3 в дозе 93,60 мг/кг.
Таким образом, СММЭ № 1 и СММЭ № 3 улучшали условно-рефлекторную деятельность животных и проявили ноотропный эффект. СММЭ № 2 не оказывал влияние на сохранность и воспроизведение УРПИ.
Исследование влияния составов макро- и микроэлементов на поведение животных при выработке и воспроизведении условного питьевого рефлекса в Т- образном лабиринте
В Т-образном лабиринте, на первом этапе обучения, когда было много поилок, условия эксперимента служили формированию ассоциативной связи между обстановкой лабиринта вообще и наличием поилок (воды), в частности. Фактически мы имели дело с классическим Павловским рефлексом. Характерной особенностью второго этапа обучения являлась смена условий обучения. До этого момента при движении по лабиринту крыса на каждом шагу находила поилки и могла напиться. Теперь же поилка в лабиринте оставалась одна, она располагалась в удаленном его конце, и крыса не могла ее видеть, следовательно, не имела гарантии успешного ее обнаружения. Таким образом, создавалась ситуация сшибки или переделки рефлекса, хотя и не очень значительной. Вместо Павловского обусловливания животному предстояло вырабатывать условный инструментальный питьевой рефлекс. Это вносило существенное изменение в мотивационное состояние. Кроме одной питьевой мотивации, которая была ранее, формируется более сложное мотивационное состояние, включающее еще три элементарные мотивации: эксплоративную, ориентировочную и локомоторную (перемещение к поилке). Эти три мотивации присутствовали ранее в поведении животного на первом этапе обучения, однако они входили в ориентировочно-исследовательское поведение, но не затрагивали условный питьевой рефлекс. Подобная ситуация, в совокупности с увеличением степени свободы при удовлетворении питьевой мотивации, заставляло животное пересмотреть характер поведения, что приводило к формированию когнитивного диссонанса, так как нужно было формировать новую установку [Суслов Н.И. и др., 2009; Strekalova T. et al., 2009].
В данном эксперименте проводили сравнение по одной дозе 3-х СММЭ, максимальная активность которых была выявлена в предыдущих экспериментах: СММЭ № 1 в дозе 3,84 мг/кг, СММЭ № 2 в дозе 3,84 мг/кг и СММЭ № 3 в дозе 93,60 мг/кг.
Уже на первом этапе обучения, когда в Т-образном лабиринте было расставлено 6 поилок, СММЭ № 2 демонстрировал наибольшее, по сравнению с СММЭ № 1, СММЭ № 3 и группой контроля, влияние на качество условно-рефлекторной деятельности крыс (Таблица 23). У животных, получавших СММЭ № 2 в нечетных побежках (1, 3) регистрировали сокращение времени достижения поилки в 2,3 раза и уменьшение горизонтальных перемещений до первого акта питья в 2,0 раза.
Также увеличивалось количество эпизодов питья в 1,6 в сравнении с контролем.
Составы № 1, № 2 и № 3 усиливали консуматорное поведение крыс (продолжительность питья) в 1,8; 2,4 и 2,1 раза и при этом снижали показатели двигательной активности в лабиринте: вертикальные стойки – в 1,3; 1,6; 1,5 раза, горизонтальные перемещения СММЭ № 2 – в 1,4 раза. В четных побежках (2, 4) картина мененялась. Все СММЭ приводили к снижению ориентировочно исследовательского поведения животных в установке: горизонтальных перемещений в 1,6; 2,0; 1,3 раза, а вертикальных стоек – в 1,8; 1,9 и 1,4 раза соответсвенно. Только крысы, получавшие СММЭ № 1, сохраняли высокую питьевую мотивацию, увеличивали продолжительность питья в 1,7 раза.
Смещенная активность под влиянием СММЭ № 1, 2, 3 возрастала в 5,4; 3,6 и 3,3 раза, что указывало на психоэмоциональное напряжение животных. Во время второго этапа обучения в нечетных (5, 7) побежках у животных, получавших СММЭ № 1, № 2 и № 3 регистрировали увеличение продолжительности питья в 1,3; 1,5; 1,5 раза соответственно и при этом СММЭ № 1 и СММЭ № 2 способствовали сокращению латентного времени до первого акта питья у крыс в 2,7 и 3,1 раза (Таблица 24). Введение животным СММЭ № 1, 2, 3 стимулировало у них смещенную активность в 1,9; 2,4; 2,1 раза по сравнению с группой контроля. Только СММЭ № 2 уменьшал количество горизонтальных перемещений у животных до первого акта питья в 2,3 раза и при этом количество ошибок (заходы в неправильные рукава лабиринта и тупики) было ниже, чем в контроле, в 2,5 раза. Также и крысы, получавшие СММЭ № 3, на пути к поилке, допускали меньше ошибок в 1,4 раза. В четных (6, 8) побежках латентное время до первого акта питья значимо снижалось в 4,9 раза только у животных, которым вводили СММЭ № 1. Больше в 1,7 и 1,3 раза продолжительность питья регистрировали для крыс, получавших СММЭ № 2 и СММЭ № 3, которое сопровождалось повышенным психоэмоциональным напряжением: количество актов груминга больше в 2,4 и 2,2 раза соответственно, чем в контроле. У всех животных была снижена исследовательская активность в 1,3; 1,9 и 1,6 раза, а ориентировочная – у крыс, которым вводили СММЭ № 2, СММЭ № 3 в 1,8 и 1,5 раза. Под влиянием СММЭ № 2 в 1,5 раза увеличивалось количество эпизодов питья у крыс.
На 3-м этапе обучения в нечетных (9, 11) побежках СММЭ № 1 сокращал время до первого питья у животных в 2,5 раза, СММЭ № 2 – в 3,2 раза, но при этом было повышено количество актов груминга у крыс, получавших СММЭ № 2 в 2,2 раза, СММЭ № 3 – в 1,8 раза (Таблица 25). Моторные компоненты относительно контроля снижены у всех крыс, которым вводили СММЭ № 1, 2 и № 3: вертикальные – в 1,5; 2,0; 1,5 раза, горизонтальные – у 2 и 3 СММЭ в 1,7 и 1,2 раза. Только СММЭ № 3 способствовал увеличению количества взятий воды у животных в 1,4 раза. Под влиянием СММЭ № 2 крысы демонстрировали высокую питьевую мотивацию: уменьшали количество горизонтальных перемещений до первого акта питья в 1,6 раза, сокращали количество ошибок в 2,7 раза и увеличивали продолжительность питья в 1,4 раза. В четных (10, 12) побежках наблюдали сокращение вертикальных стоек у животных, получавших СММЭ № 1, 2, 3 в 1,4; 1,6 и 1,3 раза, а горизонтальных перемещений у крыс, которым вводили СММЭ № 2 – в 1,6 раза в сравнении с контролем. Крысы, получавшие СММЭ № 2, уменьшали количество горизонтальных перемещений до первого питья в 1,5 раза и реже в 2,2 раза, чем животные контрольной группы, заходили в неправильные рукава лабиринта и тупики. При этом увеличенное в 2,6 раза количество актов груминга у крыс не оказывало отрицательного действия на продолжительность питья, которое возростало в 1,4 раза. У животных под влиянием СММЭ № 1 увеличивалось в 1,5 раза количество горизонтальных перемещений до первого акта питья, что приводило к росту ошибок в 1,9 раза.
Проверку сохранности рефлекса проводили на 21 день после его выработки (Таблица 25). Наилучшее воспроизведение рефлекса регистрировали в группе животных, получавших СММЭ № 2. Крысы быстрее в 2,5 раза, чем контрольные животные, достигали поилки, проделав при этом минимальное количество горизонтальных перемещений до первого акта питья, и в результате снижали ошибку в 5,3 раза. Высокое, в 3,3 раза, психоэмоциональное напряжение не оказывало негативного влияния на удовлетворение питьевой мотивации: количество эпизодов и продолжительность питья возрастали в 1,2 раза. Животные этой группы снижали количество горизонтальных перемещений и вертикальных стоек в 1,4 и 1,3 раза соответственно.
Установлено, что под влиянием всех СММЭ происходило улучшение выполнения рефлекса и усиление мотивационной деятельности, что выражалось в поступательном возрастании продолжительности питья в процессе обучения и сокращении времени достижения поилки во время нечетных побежек (т.е. первых ежедневных). Уменьшение вертикальных стоек и горизонтальных перемещений при выполнении условного питьевого рефлекса в сложном трхзвенном Т-образном лабиринте в результате курсового введения СММЭ говорит об улучшении когнитивных функций. Наибольшее существенное влияние на выработку и сохранность питьевого рефлекса оказывал СММЭ № 2.