Введение к работе
Актуальность проблемы: В последние десятилетия усилия многих нейрофизиологов и нейрохимиков направлены на изучение механизмов, лежащих в основе организации цикла бодрствование—сон (ЦБС) * млекопитающих, отдельных его фаз и стадий (Moruzzi, 1960, 1969, 1972; Jouvet, 1963, 1972, 1978, 1988; Kleilman, 1963; Koella, 1967, 1974; Hobson, 1968; Моисеева, 1970; Шепо-вальников, 1971; Hartman, 1973; Ониани, 1976, 1985; Демин и др., 1978; Morrison, 1979, 1983; Clemenle, Sterman, 1984; Steriade, Mc Carley, 1990; Borbely, 1982, 1992 и др.). Значительное число работ посвящено клиническому и экспериментальному изучению нарушений ЦБС при различной патологии нервной системы человека и других млекопитающих (Клиорин, 1954; Dement, 1964, 1966; Rcchtshaffen, Kales, 1968; Вейн, 1966, 1974; Вейн, Хехт, 1989; Яхно, 1973; Snider, 1972; Айрапетянц, Вейн, 1982, Мало-летнев, 1993 и др.). Среди задач, поставленных перед этими исследованиями, важное место отводится решению вопроса о том, могут ли изменения, нейрофизиологических, соматовегетатнвных, нейрохимических показателей ЦБС, возникающие при той или иной патологии ЦНС, стать маркерами заболевания и ' \ казать на центральные звенья патогенеза. Несмотря на определенный прогресс, достигнутый в этом направлении, решение данного поп-роса требует дальнейшего изучения. Применение эволюционного подхода к анализу нарушений ЦБС мы считаем одним из перспективных направлений в изучении причинно-следственных отношений нарушений ЦБС с патогенетическими факторами того или иного заболевания. В основе такого подхода лежат представления о том, что исторически рано созревающие системы интеграции ЦНС в процессе эволюции подчиняются соответствующим более молодым уровням. При этом патология ЦНС рассматривается как функциональный распад (дпссолюция) сложившихся в эволюции систем интеграции и возврат к функционированию на предшест-
* Список употребляемых сокращении нринеден и конце доклада
вующем уровне эволюционной лестницы (Джексон, 1873, 1884, 1989; Аствацатуроп, 1939; Орбели, 1932, 1961; Давиденков, 1947, 1956, 1957; Карамян, 1970, 1976). Это положение эволюционной физиологии и неврологии является пергой предпосылкой нашего исследования.
Следует отметить, что проявление эволюционно более ранних форм функционирования может происходить не только при патологии ЦНС, но при переходе организма от бодрствования ко сну, при вхождении животных в зимнюю или летнюю спячку (Ион-но-Ясснецкий, 1974; Карманова, 1987). Поэтому, сравнительно-физиологическое изучение организации ЦБС при патологии нервной деятельности, может позволить с большей отчетливостью выявить эти древние формы функционирования, характер дпе-солюцин (функционального распада) ЦНС и тем самым установить закономерности становления систем интеграции ЦБС и нервной деятельности.
Следующей предпосылкой наших исследований, тесно снизанной с предыдущей, является представление о том, что в ЦБС человека и других млекопитающих сохраняются черты сноподоб-ных состояний или покоя, которые характерны для нижестоящих по эволюционной лестнице позвоночных (Карманова, 1977). Эти представления сформировались на основе сравнительно-физиологического анализа ЦБС в ряду позвоночных, проводящегося в лаборатории эволюции сна и бодрствования с 1964 г. Так, у пойкилотермных позвоночных было показано существование трех форм охранительно-пассивного покоя —П-1, П-2, П-3. На основании определенной общности нейрофизиологических, соматове-гстативных и нейрохимических показателей между формами покоя пойкилотермных и отдельными стадиями сна гомойотермных было выдвинуто положение о том, что указанные три формы покоя могут являться источником будущих фаз сна теплокровных — медленноволновон и быстроволновой, а также переходных, гипнотических фаз (Карманова, 1977, 1987, 1988). При этом было установлено, что эволюция внутрпсуточной организации ЦБС шла по пути увеличения представленности бодрствования и уменьшения сна. Эта закономерность была обнаружена и в онтогенетическом развитии ЦБС (Jouvet et al., 1969, 1971; Шепо-вальников, 1971; Вахрамеева, 1980; Евсюкова, 1983, 1986; Карманова, Кваденс, 1988). Анализ исследований ЦБС у больных нарколепсией подтвердил -эту закономерность (Карманова и др., 1987; Яхно и др., 1988). Становится очевидным, что для изучения ЦБС необходимо использование всего арсенала подходов эволюционной физиологии: сравнительно-физиологического, онтогенетического, метода экспериментальных нарушений и клинического анализа.
Последняя предпосылка наших исследований связана с имеющимися в литературе данными о роли преоптической области переднего гипоталамуса и кортико-стриатной системы в регуляции ЦБС. Надо сказать, что в настоящее время многочисленные экспериментальные данные свидетельствуют о важной, а по мнению ряда исследователей (Moruzzi, 1972; Stcrman, Clemente, 1974; Ониани, 1980; Ониани и др., 1988; Сунцова, Буриков, 1989; Сунцова, 1991) о решающей роли гипоталамуса в регуляции ЦБС. Участие гипоталамуса в системе интеграции ЦБС обеспечивается двухсторонними связями его латеральной преоптической области со многими синхронизирующими и десинхронизирующими структурами мозгового ствола и дизнцсфалона (Grossman, 1967; Isaakson, 1974; Ониани и др., 1976; Ониани, 1983; Benedek et al., 1979, 1982; Баклаваджян, 1983). Анализ роли этой области в регуляции форм покоя пойкилотермных позвоночных [протосна у рыб и амфибий; промежуточного у рептилий и каталептического (дневного) сна —у птиці, позволяет рассматривать преоптическую область гипоталамуса как дреинюю систему интеграции ЦБС (Карманова, 1977; Шиллинг, 1979; Кар-манова и др., 1987).
Если роль преоптической зоны гипоталамуса в механизмах интеграции ЦБС исследована достаточно, то роль кортико-стриатной системы и одного из его функционально значимых образований—хвостатого ядра в этих механизмах еще мало изучена. Поведенческие, морфометрические, электрофизиологические и нейрохимические данные позволяют рассматривать хвостатое ядро (ХЯ) как одно из ведущих образований переднего мозга, участвующее во всех важнейших функциях ЦНС (Суворов, 1976, 1980; Толкунов, 1978). Заслуживает внимания факт выраженного увеличения объема неостриатума, включающего в себя ХЯ и скорлупу, в мозге высших млекопитающих (по Толкунову, 1978). Автор, проводя анализ литературных данных о морфологическом развитии неостриатума в филогенезе, выделяет тот факт, что соотношение объема неостриатума к поверхности коры мозга у приматов и у человека значительно превышает аналогичный показатель у неприматов. При этом у человека увеличение неостриатума и неокортекса, происходит, главным образом в постнаталыюм периоде.
Наличие двухсторонних связей ХЯ и скорлупы со структурами, играющими ведущую роль в регуляции сенсорных, двигательных и вегетативных функций, наиболее меняющих свою активность в ЦБС (проекционными и ассоциативными полями коры больших полушарий; ядрами таламуса, ядрами экстрапирамидной системы, амигдалярным комплексом, ядрами гипоталамуса) свидетельствует о том, что ХЯ и скорлупа должны быть вовлечены в систему
регуляции ЦБС. Данные о завершении формирования МФС в постнатальном периоде и о созревании в этом периоде ХЯ позволяют думать о его участии в регуляции именно данной фазы сна. Получены и прямые данные о продуцировании этой фазы сна при стимуляции ХЯ (Hernandez-Peon, 1962; Gadea-Giria, 1973).
Все изложенное побудило нас провести данное исследование.
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в том, чтобы на основе применения эволюционного подхода изучить нарушения ЦБС при двух типах наследственно обусловленного функционального распада нервной деятельности — каталептическом и эпилептическом, а также установить степень вовлеченности в эти нарушения кортикостриатной системы.
Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
-
Изучить внутрисуточную организацию ЦБС у крыс с наследственной предрасположенностью к каталепсии и к аудноген-ным судорожным припадкам и провести сравнительный анализ количественных и качественных характеристик медленноволновой и быстроволновой фаз сна у исследуемых линий крыс.
-
С использованием метода кросскорреляционного анализа биоэлектрической активности изучить характер отношений хвостатого ядра с сенсомоторной и зрительной областями коры, центральным ядром таламуса и ядрами переднего гипоталамуса у крыс при наследственной и экспериментально вызванной каталепсии.
-
Изучить кортико-каудатные отношения у бодрствующих обезьян (Макака резус) в условиях поступления в ХЯ периферической сенсорной импульсации, подверженной изменениям в ЦБС.
-
Изучить внутрисуточную организацию ЦБС у людей с наследственной патологией ЦНС, характеризующейся двигательными и эмоционально-мнестическими расстройствами нервной системы (болезнь Жиля де ля Туретта).
Положения, выносимые на защиту.
-
Сравнительно-физиологический подход к изучению нарушений цикла бодрствование—сон при наследственной предрасположенности к каталепсии или аудиогенным судорожным припадкам позволил установить, что специфика нарушений данного цикла определяется ведущими патогенетическими факторами, лежащими в основе обеих форм патологии центральной нервной системы.
-
При наследственной предрасположенности к каталепсии повышается активность стриато-гипоталамо-палеокортнкальноіі и снижается активность таламо-кортикальной систем интеграции
медленноволнового сна. Следствием такой дисфункции в системах синхронизации является увеличение количественной представленности каталептической стадии в период перехода от бодрствования ко сну.
-
При наследственной предрасположенности к аудиогенным судорожным припадкам, в первую очередь, наблюдаются нарушения в системе регуляции быстроволнового сна, что выражается в преобладании активности ретикуло-таламо-кортикальной системы над активностью ретикуло-гипоталамо-септо-гнппокампалыюй системы. Нарушения цикла бодрствование—сон в данном случае проявляются на стволовом уровне и протекают в кортикопеталыюм направлении.
-
Исследуемые две формы наследственной патологии характеризуются различной степенью функциональных связен хвостатого ядра с сенсомоторной, слуховой, зрительной областями коры, с передним гипоталамусом и с центральным медиальным ядром таламуса.
Теоретическое и практическое значение работы. Работа относится к числу фундаментальных исследований дезинтеграции ЦБС при наследственных формах патологии ЦНС. На оепоне эволюционного подхода к анализу дезинтеграции ЦБС сформулированы теоретические и практические положения, имеющие значение для понимания патогенеза исследуемых форм наследственной патологии ЦНС.
Использованые в работе методики исследования ЦБС у нормальных крыс и крыс с генетическим предрасположением к каталепсии либо аудиогенным судорожным припадкам, а также у больных с синдромом Туретта углубили представления о механизмах интеграции этого цикла. Показана одна из возможных причин проявления в ЦБС переходной, гипнотической (каталептической) стадии сна и ее адаптивное значение при развитии данной патологии сна.
Полученные результаты используются в нейрохирургической клинике Психоневрологического института им. В. М. Бехтерева МЗ РФ. Они могут быть чключены в курсы лекций по эволюционной физиологии И пі_іфОЛОГИИ.
Научная новизна заключается, прежде всего в том, что впервые при изучении механизмов нарушений деятельности мозговых структур при генетической предрасположенности к каталепсии и аудиогенным судорожным припадкам применен сравнительный нейрофизиологический анализ цикла бодрствование—сон.
Впервые установлено, что при генетической предрасположенности к каталепсии нарушение внутрисуточной организации ЦБС обусловлено проявлением каталептической стадии сна (переход-
ной, гипнотической фазы). Дана ее электрографическая характеристика и определены механизмы ее реализации, сходные с механизмами регуляции сна у холоднокровных позвоночных. Это указывает на возврат к более древним формам функционирования ЦНС, генетически предрасположенным к реализации охранительно-пассивных форм поведения. Анализ деятельности корковых и подкорковых структур мозга, их синхронизированной активности и кросскорреляционных связей позволил определить характер поражения регуляторных механизмов и степень дезинтеграции системной органиазции ЦБС. Результаты исследований показали, что при каталепсии происходит усиление кортико-стриато-гипота-ламических связей. При этом функциональные связи с таламусом несколько ослабевают, что убедительно подтверждено в экспериментах с использованием галоперидола.
Спектральный анализ ЭГ, регистрируемых в области зрительной, соматосснсорной коры, гиппокампа и ХЯ позволил вьіявпті дисфункцию в механизмах интеграции медленноволновой фазы сна.
Однотипный характер распада (диссолюции) ЦБС у всех групп крыс с генетической предрасположенностью к каталепсии свидетельствует о возможности использования этого показателя длі выявления степени проявляемости наследственного задатка данного патологического синдрома.
Впервые показано, что при генетической предрасположенносп к аудиогенным судорожным припадкам имеются нарушения в деятельности активирующих стволовых систем мозга и распад ciictcn интеграции ЦБС, что проявляется в количественных и качественных изменениях БФС.
Впервые показано участие ХЯ в процессах дезинтеграции ЦБС при наследственно обусловленных формах патологии нервной деятельности.
Впервые изучены особенности ЦБС у больных с болезньк Жиля де ля Турстта и показано повышение активности восходящих возбуждающих и ослабление кортикофугальных тормозные влияний на подкорковые и стволовые образования мозга, ^\т^ является патогенетической основой данного заболевания.
Апробация работы. Материалы работы докладывались на Все союзной конференции по нейрофизиологии (Ереван, 1975), ш Всероссийской конференции по проблемам нейробиологии сна (Ро стов-на-Дону, 1989), на заседании Ленинградского обществ; физиологов, биохимиков, фармакологов им. И. М. Сеченова (Ле нинград, 1991), на Международной конференции «Стриарная система и поведение» (Алушта, 1993), на Международной конференции по ВИД (С.-Петербург, 1994).
Публикации. Материалы, представленные к защите опубликованы в 22 статьях, 5 тезисах и одной монографии..
Объем материала, представленного и докладе.
В доклад вошли опубликованные материалы по первому разделу исследования — характер нарушения ЦБС у крыс с генетической предрасположенностью к каталепсии; по второму разделу — кортико-стриатные и стриато-гипоталамические функциональные связи в ЦБС у крыс с предрасположенностью к каталепсии и у крыс линии Вистар при фармакологически вызванной каталепсии; по третьему разделу — кортико-стриатные отношения у бодрствующих приматов; по четвертому разделу — анализ характера нарушений ЦБС у крыс с наследственной предрасположенностью к аудиогенным судорогам; по пятому разделу — анализ характера нарушений ЦБС у людей при болезни Жиля де ля Туретта. Заключение и выводы представлены в конце доклада.