WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

На правах рукописи

УКОЛОВА ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА

ПОСТУРАЛЬНО-МОТОРНЫЕ РЕАКЦИИ И СОДЕРЖАНИЕ МОНОАМИНОВ МОЗГА В НЕОНАТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ РАЗВИТИЯ У КРЫС С НАСЛЕДСТВЕННОЙ КАТАТОНИЕЙ

03.03.01 ФИЗИОЛОГИЯ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Новосибирск 2012

Работа выполнена в лаборатории эволюционной генетики Института цитологии и генетики Сибирского Отделения РАН, г. Новосибирск

Научный руководитель:

кандидат биологических наук

Алехина Татьяна Алексеевна

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук

Амстиславская Тамара Геннадьевна

Институт цитологии и генетики

СО РАН,  г. Новосибирск

доктор биологических наук

Дубровина Нина Ивановна

НИИ физиологии СО РАМН,

г. Новосибирск

Ведущая организация:

МГУ им. Ломоносова,

биологический факультет

Защита диссертации состоится «___» ____________ 20___ г. на заседании диссертационного совета Д. 001.14.01  в конференц-зале ФГБУ «НИИ физиологии» СО РАМН по адресу: 630117, г. Новосибирск, ул. Ак.Тимакова, 4,

т.(383)334-89-61, факс  (383) 335-97-54,  e-mail: dissovet@physiol.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ «НИИ физиологии» СО РАМН.

Автореферат разослан ________________2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук                Бузуева Ирина Ивановна

  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы 

Кататония (от греч. katatonos - натянутый) – психопатологический синдром, основным клиническим проявлением которого являются двигательные расстройства. В настоящее время кататония не признается как отдельное  заболевание, ее связывают с психическими состояниями, такими как шизофрения (кататонический тип), биполярные расстройства, посттравматические стрессовые заболевания, депрессии и другие заболевания, а также со злоупотреблением или передозировкой лекарств. Встречаемость кататонии среди психиатрических пациентов составляет 7-31%, из которых 20-25% - пациенты с шизофренией, 28-31% - пациенты с аффективными расстройствами и 20-25% кататонии обусловлено соматическими состояниями (Daniels, 2009). Кататонические реакции встречаются и у животных и представляют собой одну из филогенетически древних форм реагирования на пугающие стимулы (Gallup, Maser, 1977; Hennig, 1978; Holcombe et al., 1979; Perkins, 1982; Krystal, 1993; Overeem et al., 2002; Moskowitz, 2004). Однако, несмотря на частые случаи возникновения, кататония по-прежнему остается недостаточно понятым, плохо изученным и плохо распознаваемым синдромом.

Одним из подходов к исследованию феномена кататонии является создание модели данной патологии на лабораторных животных с последующим изучением причин и механизмов возникновения кататонических реакций. Линия крыс ГК (от инициалов слов «генетическая» и «кататония») была предложена д.б.н. В.Г. Колпаковым в качестве модели шизофренной психопатологии  (Колпаков и др., 1985; Колпаков, 1990; Kolpakov et al., 1986; Kolpakov et al., 1996). Животные аутбредной линии ГК на сегодняшний день характеризуются  поведением  двухполюсной природы. К негативному полюсу относят реакции застывания с элементами каталепсии, а к позитивному полюсу – гиперкинетические реакции (Колпаков и др., 2004). Генетически обусловленные особенности поведения крыс кататонической линии характерны для взрослых животных. Однако проявление поведенческих реакций, предшествующих кататоническому поведению взрослых крыс в раннем постнатальном онтогенезе, еще не было описано. Вместе с тем, изучение потомства с первых дней жизни от генетически предрасположенных к кататонии животных имеет фундаментальное значение, как для науки, так и для практической медицины. К настоящему времени накоплены данные о ранних признаках повышенной «готовности» нервной системы к психическим расстройствам эндогенного круга у детей младенческого и более позднего возраста.  К таким признакам, прежде всего, можно отнести повышенную чувствительность и гиперактивность, дезорганизацию постурально-моторного развития, нарушение моторной координации и равновесия, отставание в весе (McNeil et al., 1993; Rosso et al., 2000; Schiffman et al., 2009). Все эти отклонения могут рассматриваться как маркеры генетически обусловленного дефекта в психических расстройствах различного рода, в том числе и кататонических.

В связи с этим селекционная модель кататонии представляет  большую ценность для изучения поведения в раннем онтогенезе. К тому же, использование данной модели позволяет определить степень участия нейротрансмиттерных систем в развитии кататонических отклонений на раннем этапе постнатального онтогенеза. Наиболее важными для исследования представляются серотонинергическая и норадренергическая системы, поскольку они обе регулируют развитие центральной нервной системы (Murrin et al., 2007), обе они вовлекаются в формировании двигательных реакций у неонатальных крыс (Kjaerulff et al., 1994; Kiehn et al., 1999; Ballion, 2001; Pflieger et al., 2002; Norreel et al., 2003; Gerin et al., 2008; Klein et al., 2010; Tartas et al., 2010) и обе участвуют в кататонических реакциях (Tsukamoto et al., 1981; Blizard et al., 1983; Toru et al., 1983; Popova, Kulikov, 1995; Popova, 1999).

Исходя из вышесказанного, была поставлена цель: изучить развитие постурально-моторных реакций и особенности нейрохимической регуляции у крыс линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза при сопоставлении с взрослыми животными на современном этапе селекции.

В задачи исследования входило:

  1. Изучить проявление кататонических реакций у взрослых крыс линии ГК в период с 63-го по75-е поколения селекции.
  2. Определить содержание моноаминов в различных структурах мозга у животных кататонической линии.
  3. Исследовать постурально-моторные реакции у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза.
  4. Определить уровень моноаминов мозга у крысят линии ГК на 1-й, 7-й, 10-й и 14-й дни.
  5. Оценить параметры массы тела у крыс линии ГК, начиная со дня рождения и до 6-месячного возраста по сравнению с контрольной линией Вистар.

Научная новизна работы

В данной работе впервые изучено становление постурально-моторных реакций в неонатальном периоде онтогенеза у крыс кататонической линии. Выявлено повышенное количество дискинетических движений и поз в 1-2 дни постнатального онтогенеза и сниженная двигательная активность в последующие дни неонатального периода. Показано прогрессирующее отставание в весе крыс линии ГК от крыс линии Вистар, начиная с первого дня жизни и кончая половозрелым возрастом. Показан измененный баланс по уровню нейротрасмиттеров мозга в неонатальном периоде онтогенеза: активность серотонинергической системы снижена, в то время как активность норадреналинергической системы повышена.

Впервые дана характеристика кататонических реакций крыс линии ГК с помощью теста с применением звукового сигнала. Показана положительная корреляция реакций возбуждения, выявленных по селекционному критерию и по новому методу с использованием звукового сигнала, у крыс обеих линий. Между реакциями застывания и возбудимости обнаружена обратная зависимость у крыс линии ГК и прямая зависимость у крыс линии Вистар.

Теоретическая и научно-практическая ценность работы

Настоящая работа расширяет представление о механизмах кататонических реакций. Выявленные отклонения в развитии постурально-моторной системы у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза могут рассматриваться в качестве предикторов кататонии. Это является важным в теоретическом отношении для понимания развития кататонии. Данные об особенностях нейрохимической регуляции в генезе кататонических реакций в неонатальном периоде могут иметь значение в исследованиях патологий раннего развития. Также полученные результаты могут быть использованы в разработке оптимальных способов коррекции кататонических реакций в раннем постнатальном онтогенезе.

Положения, выносимые на защиту

  1. На современном этапе селекции в 63-75 поколениях крыс линии ГК увеличилась доля высоковозбудимых животных с преобладанием гиперкинетических реакций. Впервые за весь период селекции процент высоковозбудимых крыс в кататонической линии стал выше, чем процент «застывающих».
  2. Смещение полюса кататонических реакций в линии ГК сопровождалось изменениями на нейрохимическом уровне, которые заключаются в нивелировании различий по содержанию норадреналина (НА), серотонина (5-НТ) и 5-гидроксиндолускусной кислоты (5-ГИУК) в лобной коре, полосатом теле, гипоталамусе, миндалине и гиппокампе по сравнению с крысами линии Вистар.
  3. У крыс кататонической линии в первые два дня неонатального периода повышена двигательная активность с превалированием дискинетических движений и асимметричных поз, а с 3-го по 14-й дни отмечена сниженная двигательная активность по всем кинематическим параметрам по сравнению с крысами линии Вистар.
  4. Особенностями нейромедиаторной регуляции у крыс линии ГК в неонатальном периоде является сниженная функциональная активность серотонинергической системы по показателям содержания 5-НТ и 5-ГИУК в мозге, а также повышенное содержание НА в мозге по сравнению с крысами линии Вистар.

Апробация результатов

Материалы диссертации обсуждались на конференции «Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга» (Санкт-Петербург, 2008), на VI Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008), на Четвертой и Шестой Всероссийской конференции «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов» (Новосибирск, 2009; 2011). Также полученные результаты были представлены и обсуждены на отчетной сессии Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск, 2010).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 научных статей в рецензируемых отечественных изданиях и 1 статья в иностранном журнале. Кроме того, опубликовано 5 тезисов в сборниках трудов конференций.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания использованных материалов и методов, результатов, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 131 страницах печатного текста, содержит 16 рисунков и 6 таблиц. Библиографический указатель литературы включает 269 источников, из них 43 отечественных и 226 зарубежных.

Благодарности

Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории и соавторам опубликованных работ. Отдельно хочется выразить глубокую признательность научному  руководителю  к.б.н.  Т. А. Алехиной за неоценимую и всестороннюю помощь в создании этой научной работы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные животные. Исследования выполнены на крысах линии ГК 63-75 поколений селекции и контрольных животных линии Вистар, соответствующих по полу и возрасту. Обе линии аутбредно поддерживаются в виварии Института Цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск). Животные содержались в условиях температурного комфорта, при естественном режиме освещения, свободном доступе к пище и воде, по 4-5 особей одного пола в клетках 60x40x20 см.

Оценка поведенческих реакций. Тест по моторным подсистемам. Изучение двигательной активности проводили на крысятах линии ГК 75-го поколения селекции в возрасте с 1-го по 14-й дни постнатального онтогенеза. Всего в опыт было взято 97 крысят линии ГК (11 пометов) и 65 крысят линии Вистар (8 пометов). Самки с потомством содержались в отдельных клетках. Крысенка помещали в центр площадки (20х30см) хвостом к экспериментатору и в течение 1 минуты регистрировали двигательную активность. Температуру в районе площадки поддерживали на уровне 30-33оС, что соответствует температуре гнезда с детенышами. Каждый крысенок тестировался не чаще 1 раза за три дня. Процедуру тестирования записывали на видеокамеру и в дальнейшем анализировали. Регистрировали следующие параметры: движения головы, движения корпуса, локомоции (шагание) и время неподвижности. У 1-2 дневных крысят также регистрировали дискинетические движения, асимметричные позы во время застывания, перевороты на спину, ретропульсии, тремор корпуса и «плавательные» движения.

Исследование кататонических реакций взрослых животных выполнены на 3-месячных крысах линии ГК 63-68 поколений селекции и крысах линии Вистар. Всего было протестировано 210 животных, 70 Вистар и 140 ГК. Оценку каталепсии проводили в соответствии с традиционным селекционным методом: животному придавали вертикальное положение в углу клетки, осторожно приподнимая за передние лапки палочкой. Регистрировали время удержания приданной таким образом позы, после того как палочка была убрана. Также оценивали «нервные» реакции в ответ на проведение палочкой по прутьям клетки: 0 баллов – нет реакции, 1 балл – вздрагивание, 2 балла - безудержный бег или метание по клетке. С целью ранжирования «нервных» реакций, характерных для крыс линии ГК, мы использовали «тест на звонок». Клетку с животным выносили в отдельную комнату, и подавали звуковой стимул (звонок, 100 дб, 2 с). Реакции животных записывали на видеокамеру и в дальнейшем анализировали. Оценку реакций на звуковой стимул проводили по бальной системе: 0 баллов – нет никакой реакции; 0,2 балла – поворот головой; 0,5 баллов – поворот всем телом; 1 балл – побежка равная ширине клетки; 2 балла – побежка равная длине клетки; 2,5 балла – побежка равная диагонали клетки; 3 балла – крыса выпрыгивает из клетки. Также оценивали время застывания крысы после звонка, если таковое было.

Оценка показателей массы тела в онтогенезе. Измерения массы тела крыс линии ГК и Вистар проводили путем взвешивания в возрасте 1 день, 7 дней, 10 дней, 14 дней, 20 дней, 1 месяц, 3 месяца и 6 месяцев. Исследования выполнены на 40 животных, по 20 особей в каждой группе.

Определение моноаминов в отделах мозга проводили спектрофлюориметрическим методом для одновременного определения НА, 5-НТ и 5-ГИУК (Schlumpf et al., 1974, Curzon and Green, 1969) в модификации (Кудрявцева, Бакштановская, 1989). Крыс быстро декапитировали, извлекали мозг и разделяли его на структуры. Выделенные структуры замораживали в жидком азоте и хранили при  -800С до дня определения.

Содержание моноаминов было измерено на 1-й, 7-й, 10-й и 14-й дни неонатального периода онтогенеза у крысят линии ГК 75-го поколения селекции и у контрольных животных линии Вистар. Всего в эксперимент было взято 80 крысят, по 10 в каждой группе. Определения проводили в полушариях мозга (передняя часть) и стволе мозга (средний  мозг, варолиев мост и продолговатый мозг).

У взрослых 3-месячных животных линии ГК 63-65 поколений селекции и линии Вистар определяли содержание моноаминов в лобной коре, полосатом теле, миндалине, гипоталамусе, гиппокампе. Всего в эксперимент было взято 20 животных, по 10 в каждой группе.

Статистическая обработка результатов. Статистическая обработка результатов проведена c использованием пакета компьютерных программ STATISTICA 6.0. В случае нормального распределения оценку достоверности различий между группами проводили с помощью t-критерия Стьюдента. Для оценки различий между процентными долями двух выборок использовали -критерий. Оценку двигательного поведения крысят с 3-го по 14-й дни и содержание нейротрансмиттеров в неонатальном периоде проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа и пост-хок сравнений согласно тесту Ньюмана-Кейла. Оценку достоверности межгрупповых различий в поведении взрослых животных проводили с помощью U-теста Манна-Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристика кататонических реакций у крыс линии ГК на современном этапе селекции. Сравнительная оценка ранее полученных данных по селекции крыс на каталептическое застывание (до 63-го поколения) и данных настоящей работы (63-75 поколения) показала прогрессирующее изменение поведенческих признаков крыс линии ГК, для которых на современном этапе селекции  характерно преобладание гиперкинетических реакций (рис. 1, А). Возрастание количества высоковозбудимых или «нервных» животных в линии ГК отмечалось уже с 40-го поколения селекции (Амстиславский и др., 2000; Барыкина и др., 2002) и на современном этапе селекции их доля увеличилась еще больше (до 60-70% крыс на каждое поколение).

 

 

А Б

Рис. 1. Частоты появления А – застывающих и «нервных» крыс в линии ГК; Б -застывающих крыс в линии ГК и в контрольной линии Вистар в ходе селекции на каталепсию

Тот факт, что селекция крыс на длительное и интенсивное застывание привела к высокой частоте «нервных» животных в линии ГК, указывает на тесную функциональную связь между каталептическим застыванием и «нервностью».

Возможно, отбор на акинетический компонент кататонических реакций оказался малоэффективным, в связи с тем, что его экспрессия является довольно лабильной  и сильнее зависит от факторов внешней среды. Так, рассматривая селекционную кривую можно увидеть синхронность в динамике появления каталептических крыс в линии ГК и Вистар, тестирование которых проводилось в одно и то же время (Рис. 1, Б). Обнаруженная положительная корреляционная связь (r=0.53, p<0,05) между частотой возникновения каталептических реакций у крыс линии ГК и Вистар, вполне вероятно, отражает влияние внешних факторов на проявление реакции застывания. Гиперкинетический компонент поведения или «нервность», менее подвержен таким влияниям, чем собственно каталепсия. В предыдущих работах показано влияние материнской среды на длительность каталепсии и отсутствие такового на амплитуду рефлекса вздрагивания (Амстиславский и др., 2000).

В настоящем исследовании с помощью двух тестов – теста по селекционному критерию и теста с использованием звукового стимула, было показано преобладание кататонических реакций у крыс линии ГК по сравнению с крысами линии Вистар, как по акинетическим (p<0,001), так и по гиперкинетическим (p<0,001) параметрам (рис. 2).

 

А  Б

Рис. 2. Кататонические реакции крыс линии ГК и Вистар: А-акинетический полюс; Б-гиперкинетический полюс

*** - достоверные различия (p<0,001) между линиями по U-тесту Манна-Уитни

Исходя из полученных данных, можно заключить, что на современном этапе селекции крысы линии ГК характеризуются двойственным проявлением реакций – в виде акинетического компонента кататонии и гиперкинетического компонента, или «нервности», с преобладанием последнего.

Постурально-моторные реакции крыс линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза. В первые два дня жизни у крысят обеих линий двигательная активность была невысокой, и большую часть времени тестирования они оставались неподвижными. Возникающие движения были нескоординированы, наблюдался тремор корпуса и нарушения равновесия, которые приводили к переворотам крысят на спину. Наблюдаемые дискинетические движения в раннем неонатальном периоде свидетельствуют о незрелости центральной нервной системы (Clarac et al., 2004). Крысята линии Вистар, при высадке их на открытое место, чаще всего принимали «правильное» положение, с параллельно поджатыми лапками (фото, а), в то время как у крысят линии ГК лапки были вытянуты в разные стороны, и, чтобы сгруппироваться, им приходилось совершать ретропульсии, или задопячение (фото, б). Кроме того, у крысят линии ГК выявлено достоверно большее количество асимметричных поз во время неподвижности (р<0,05) по сравнению с крысятами линии Вистар (табл. 1, фото а, б), преобладание которых связано с нарушением равновесия и координации в первые два дня жизни. У крысят кататонической линии достоверно чаще наблюдался тремор корпуса (р<0,05), что указывает на незрелость нервных центров головного мозга, отвечающих за движения, и повышенную возбудимость нервной системы (Pranzatelli, 1990). Было также обнаружено больше, так называемых, «плавательных» движений, когда крысята «загребают» лапками и скользят по поверхности площадки всем телом (табл. 1).

Таблица 1. Позы и движения в 1-2 дни постнатального

онтогенеза

Вистар (45)1

ГК (61)

Асимметричные позы

14%

29%*

Перевороты

2%

11%

Ретропульсии

1%

11%

Тремор корпуса

3%

14%*

«Плавательные» движения

1%

6%

Всего:

21%

71%***

1 – в скобках указано количество протестированных животных

*** - достоверность (р<0,001) отличий от крысят линии Вистар по -критерию

В целом, двигательная активность крысят кататонической линии в первые два дня жизни была выше (p<0,001), а время неподвижности меньше (p<0,001), чем у контрольных животных (рис. 3).

Рис. 3. Время неподвижности  крыс линии ГК и Вистар в возрасте 1-2 дня

*** - достоверное (р<0,001) отличие от крыс линии Вистар по t-критерию Стьюдента

а

б

Фото. Позы крысят контрольной линии Вистар (а) и линии ГК (б) во время неподвижности, возраст 1 день

Возможно, что в повышенной двигательной активности у 1-2х дневных крысят линии ГК при переносе их из гнезда в незнакомую обстановку проявился эмоциональный компонент реагирования. Видимо, крысята линии ГК более эмоционально реагируют на прекращение тактильных контактов с матерью, с однопометниками и с материнским гнездом и в создавшейся аверсивной ситуации более активно ищут выхода из такого положения. В литературе описано стимулирование запахом матери двигательных реакций у крысят в ранний период онтогенеза (Fady et al., 1998). В то же время дискинетические движения крыс в самом раннем неонатальном периоде указывают на задержку становления позно-тонических рефлексов, которые формируются у них позднее.

Таким образом, наследственные биполярные реакции, свойственные крысам линии ГК, наблюдаются уже с первого дня жизни в виде реакций возбуждения и торможения. Реакции возбуждения проявлялись в большем количестве дискинетических движений, треморе корпуса, «плавательных» движениях, в то время как реакции торможения наблюдались при застывании крысят кататонической линии в асимметричных позах. Развитие движений у крысят обеих линий происходило в ростро-каудальном направлении, т.е. вначале появлялись движения головы, затем движения корпуса, далее возникали локомоции, что согласуется с литературными данными о ростро-каудальном градиенте созревания опорно-двигательного аппарата (Eilam, Golani, 1988; Geisler et al., 1993; Clarac et al., 2004; Schank, 2008). 

Двухфакторный дисперсионный анализ двигательной активности крысят с 3-го по 14-й день жизни (факторы – генотип и возраст) выявил влияние генотипа и возраста на все параметры кинематических переменных: движения головы (F1,534=7,4; p<0,001 и F11,534=35,6; p<0,001), движения корпуса (F1,534=92,9; p<0,001 и F11,534=37,9; p<0,001), локомоции (F1,534=10,2; p<0,01 и F11,534=18,0; p<0,001) и время неподвижности в тесте (F1,334=61,2; p<0,001 и F11,334=30,1; p<0,001). Основной эффект линии проявлялся в сниженной двигательной активности и повышенном времени неподвижности в тесте у крысят кататонической линии по сравнению с линией Вистар (рис. 4). Основной эффект возраста связан с увеличением двигательной активности и уменьшением времени неподвижности в тесте у крысят обеих линий с возрастом. Кроме того, было показано влияние взаимодействия факторов генотипа и возраста на движения корпуса (F11,534=3,9; p<0,001) и локомоции (F11,534=2,9; p<0,001), свидетельствующее о том, что возрастные изменения по данным параметрам у каждой линии имеют свои специфические особенности. Эти специфические особенности проявлялись в несовпадении пиков двигательной активности по параметрам движения корпуса и локомоции. У крысят линии ГК пики двигательной активности приходились на 8-й день (F1,488=13,3; p<0,001 и F1,488=6,8; p<0,01), что на день раньше, чем у крысят контрольной линии Вистар, у которых пик выявлен на 9-й день (F1,488=4,4; p<0,05 и F1,488=4,9; p<0,05).

Таким образом, возрастная динамика по параметрам «движения головы» и «время неподвижности в тесте» у крысят линии ГК не отличалась от контроля, в то время как по параметрам «движения корпуса» и «локомоции» были выявлены специфические особенности, которые проявлялись в более раннем возникновении пиков двигательной активности у крысят кататонической линии. Наблюдаемые межлинейные различия в двигательных реакциях, возможно, связаны с неодинаковой скоростью созревания нервных структур в неонатальном периоде онтогенеза, поскольку известно, что моторные реакции в данный период онтогенеза отражают уровень созревания нервной системы (Schank, 2008).

Обобщая вышесказанное, можно заключить, что уже в первые два дня неонатального периода онтогенеза было показано большее количество дискинетических реакций у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар, в то время как в последующий период с 3-го по 14-й день продемонстрировано снижение всех моторных реакций у животных кататонической линии. Полученные результаты свидетельствуют о проявлении возбудительного реагирования в первые дни жизни у крысят линии ГК, с последующим развитием тормозных реакций. Сниженная спонтанная двигательная активность наблюдается и у взрослых крыс кататонической линии в тесте открытого поля (Петрова, 1990; Алехина и др., 1995; Амстиславский и др., 2000), в то время как повышенная возбудимость взрослых крыс линии ГК проявляется в гиперкинетических реакциях на слабо аверсивные стимулы (Барыкина и др., 2004; Алехина и др., 2009).

 

Рис. 4. Динамика двигательной активности крыс линии ГК и Вистар с 3-го по 14-й дни неонатального периода

*, **, *** - достоверные (р<0,05; p<0,01; р<0,001) отличия от крыс линии Вистар

Сходство постурально-моторных реакций неонатальных крысят с взрослыми животными кататонической линии проявлялось в таких признаках, как неустойчивость и неудобство положений в состоянии обездвиженности. Кроме того, наблюдаемое в раннем постнатальном периоде нарушение пластичности движений у крысят линии ГК сохраняется и у взрослых животных (Алехина и др., 1994).

Межлинейные различия наблюдались и по показателям веса.  У новорожденных самцов линии ГК масса тела была более низкой по сравнению с контрольными животными линии Вистар (p<0,01; 0,001), и с возрастом это отставание прогрессировало (рис. 5). Полученные нами данные согласуются с данными о сниженной массе тела у самок линии ГК (Клочков и др., 2011).

Дефицит массы тела у новорожденных крысят линии ГК и сниженная двигательная активность в раннем неонатальном периоде указывают на задержку физического развития крысят кататонической линии.

       

Рис. 5.  Масса животных в различных точках онтогенеза: а – 1 день, б – 7 дней, в – 10 дней, г – 14 дней, д – 20 дней, е – 1 месяц, ж –  3 месяца, з – 6 месяцев

**, *** - достоверные отличия (p<0,01; 0,001) от крыс линии Вистар по t-критерию Стьюдента

Содержание нейромедиаторов мозга у крыс линии ГК в неонатальном периоде развития (75-е поколение) и в половозрелом возрасте на современном этапе селекции (63-65 поколения). У неонатальных крысят выявлено влияние генотипа и возраста на содержание 5-НТ в полушариях (F1,66=5,0; p<0,05 и F3,66=87,2; p<0,001) и стволе мозга (F1,63=3,4; p=0,07 и F3,63=55,3; p<0,001). Основной эффект генотипа заключался в сниженном содержании 5-НТ в мозге у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар. Изменение содержания 5-НТ в мозге с возрастом у крысят обеих линий происходило однонаправлено (рис. 6, А, Б). На содержание 5-ГИУК в полушариях и стволе мозга показано достоверное влияние фактора возраста (F3,63=58,1; p<0,001 и F3,66=8,7; p<0,001), основной эффект которого заключался в том, что к 7-му дню наблюдалось возрастание уровня 5-ГИУК и последующее его снижение у крысят обеих линий (рис. 6, В, Г). Кроме того, в стволе мозга на содержание 5-ГИУК достоверно оказывал влияние генотип (F1,66=6,1; p<0,05), основной эффект которого связан со сниженным содержанием 5-ГИУК у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар (рис. 6, Г). 

Новорожденные крысята линии ГК имели сниженные показатели по уровню 5-НТ (p<0,01) в полушариях мозга и по уровню 5-ГИУК (p<0,05) и коэффициенту катаболизма серотонина (F1,63=5,2; p<0,05) в стволе мозга по сравнению с контрольными крысятами линии Вистар (рис. 6, А, Г). Полученные данные указывают на относительную незрелость и сниженный обмен в серотонинергической системе головного мозга у крысят линии ГК сразу после рождения по сравнению с наблюдаемым уровнем у крысят линии Вистар. Известно, что серотонин играет важную роль в развитии скоординированных движений конечностей и становлении поз у крысят (Vinay et al., 2005; Norreel et al., 2003). В исследованиях Пфлигера и др. (Pflieger et al., 2002) показано, что внутрибрюшинное введение ингибитора синтеза серотонина парахлорфенилаланина, и последующее снижение этого медиатора, приводит к увеличению количества асимметричных поз у крысят. В свете этих данных интересно, что выявленное нами повышенное количество асимметричных поз у новорожденных крысят линии ГК сопровождалось сниженным содержанием серотонина в полушариях мозга и сниженным обменом серотонина в стволе мозга. Исходя из литературных данных и данных, полученных в этой работе можно заключить, что большее количество дискинетических движений и асимметричных поз у новорожденных крысят линии ГК связано с задержкой развития серотонинергической системы мозга и с ее низкой активностью по сравнению с животными линии Вистар.

  А  Б

  В Г

Рис. 6. Содержание серотонина (5-НТ) и 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) в полушариях (А, В)  и стволе мозга (Б, Г)  у крыс линии ГК и Вистар в разных точках онтогенеза

*,** - достоверные (p<0,05; р<0,01) отличия от крыс линии Вистар

На седьмой день после рождения различия между линиями наблюдались только по уровню 5-ГИУК в стволе мозга (p<0,05, рис. 6, Г), что указывает на то, что пониженный уровень активности серотонинергической системы у крысят кататонической линии относительно крысят Вистар еще сохраняется, хотя менее выражен. На 14-й день у крысят линии ГК содержание серотонина было снижено как в полушариях (p<0,001), так и в стволе мозга (p<0,05) (рис. 6, А, Б).

Таким образом, сниженная активность серотонинергической системы мозга у неонатальных крысят кататонической линии сопровождалась дефицитом скоординированных движений, асимметричными позами и сниженной двигательной активностью. Исходя из этого, мы можем предположить, что наблюдаемые поведенческие отклонения связаны с недостаточностью серотонинергической системы мозга у крысят линии ГК. В дальнейшем различия по уровню активности серотонинергической системы в значительной степени нивелируются, и,  как было нами установлено, взрослые животные линии ГК не отличаются от крыс линии Вистар по уровню серотонина и 5-ГИУК (Алехина и др., 2008; Алехина и др., 2009). 

Межлинейные различия в неонатальном периоде онтогенеза наблюдались и по уровню норадреналина. Так, у крысят линии ГК было показано повышенное содержание этого медиатора в полушариях мозга на 10-й (р<0,001) и 14-й дни (р<0,01): влияние фактора генотипа F1,65=25,5; p<0,001, и  в стволе мозга на 10-й день (р<0,01): влияние фактора генотипа F1,65=3,4; p=0,07, по сравнению с крысятами линии Вистар (рис. 7).

А Б

Рис. 7. Содержание норадреналина в полушариях (А) и стволе мозга (Б) у крыс лиги ГК и Вистар в разных точках онтогенеза

**, *** - достоверные (p<0,01; р<0,001) различия между линиями по t-критерию Стьюдента

Кроме того, выявлено достоверное влияние факторов возраста и взаимодействия факторов генотипа и возраста на содержание НА полушариях (F3,65=9,8; p<0,001 и F3,65=3,4; p<0,05) и стволе мозга (F3,65=12,4; p<0,001 и F3,65=4,3; p<0,01). Основной эффект возраста заключался в возрастании уровня НА в мозге на 10-й день у крысят обеих линий. Эффект взаимодействия факторов обусловлен более выраженным возрастанием уровня НА у крысят линии ГК, чем у крысят линии Вистар.

Хотя известно, что окончания норадреналиновых нейронов содержатся в шейном и поясничном отделах спинного мозга крысят уже в первую постнатальную неделю, установить функциональную роль норадреналина в локомоциях сложно. Согласно исследованиям, выполненным на изолированном спинном мозге неонатальных крысят, норадреналин играет важную роль модулятора двигательной активности млекопитающих (Kiehn et al., 1999; Sqalli-Houssaini, Cazalets, 2000; Gordon, Whelan, 2006), который способен усиливать тоническую активность и замедлять  существующий локомоторный ритм (Kiehn et al., 1999). Помимо этого, многие исследования указывают на важную роль норадреналина в регулировании развития ЦНС (Sanders et al., 2005;  Murrin et al., 2007; Sanders et al., 2008). Исходя из свойств этого медиатора, можно предположить модулирование ритма двигательной активности в раннем онтогенезе и его влияние на возникновение более ранних пиков и снижение амплитуды активности кинематических переменных у крысят линии ГК. У взрослых животных линии ГК нами была показана лишь тенденция к повышению уровня норадреналина в лобной коре (Алехина и др., 2008; Алехина и др., 2009).

Данные по содержанию 5-НТ, 5-ГИУК и НА в различных структурах мозга у взрослых крыс линии ГК представлены в табл. 2. У половозрелых 3-месячных крыс линии ГК на 63-65 поколениях селекции содержание серотонина и 5-ГИУК не отличается от такового в контрольной линии Вистар (табл. 2). По содержанию норадреналина у крыс линии ГК отмечена тенденция (p<0,07) к повышению в лобной коре.

Таблица 2. Содержание норадреналина (НА), серотонина (5-НТ) и 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК)  в структурах мозга у взрослых крыс линии ГК и Вистар

НА

5-НТ

5-ГИУК

Лобная кора

Вистар

0,20±0,05 (8)

0,33±0,09 (10)

0,37±0,04 (10)

ГК

0,47±0,15 (6)

041±0,09 (10)

0,48±0,07 (10)

Гипоталамус

Вистар

1,17±0,17 (8)

0,62±0,39 (4)

0,89±0,07 (8)

ГК

1,11±0,13 (10)

0,96±0,28 (5)

1,23±0,19 (10)

Гиппокамп

Вистар

0,50±0,08 (10)

0,59±0,25 (10)

0,24±0,04 (10)

ГК

0,34±0,03 (10)

0,69±0,25 (8)

0,23±0,03 (9)

Полосатое тело

Вистар

0,33±0,02 (8)

0,39±0,16 (7)

0,24±0,03 (8)

ГК

0,55±0,12 (10)

0,64±0,09 (10)

0,18±0,02 (10)

Миндалина

Вистар

1,45±0,50 (10)

0,84±0,51 (9)

0,24±0,07 (10)

ГК

0,98±0,24 (6)

1,11±0,67 (8)

0,34±0,06 (10)

Следует отметить, что на данном этапе селекции произошло смещение полюса кататонических реакций, и впервые за весь период отбора в линии ГК стали преобладать животные с гиперкинетическими реакциями. Кроме того, изменилась и выраженность биполярных реакций. Так, реакции застывания крыс линии ГК стали менее длительными по сравнению с реакциями, наблюдаемыми у животных предыдущих поколений селекции, а гиперкинетические реакции стали более выраженными. По-видимому, в связи с повышением доли животных с гиперкинетическими реакциями и снижением доли «застывающих» в линии ГК, прежде наблюдаемые различия на нейромедиаторном уровне между взрослыми крысами кататонической линии и контрольными животными линии Вистар нивелировались.

В целом, полученные данные указывают на измененный баланс по содержанию нейромедиаторов у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза. Активность серотонинергической системы снижена, тогда как активность норадренергической системы повышена. По-видимому, наблюдаемые изменения в нейротрансмиттерных системах в неонатальном периоде развития имеют значимые последствия, которые проявляются у взрослых крыс линии ГК в предрасположенности к кататоническим реакциям.

Таким образом, в настоящем исследовании были найдены отклонения в развитии постурально-моторной системы у крысят линии ГК в первые две недели постнатального онтогенеза, которые проявлялись в таких признаках как: 1) превалирование асимметричных поз и дискинетических движений в стресс-гипореактивный период в возрасте 1-2 дней; 2) несовпадение темпов созревания опорно-двигательного аппарата у двух линий; 3) снижение двигательных реакций с 3-го по 14-й день; 4) прогрессирующее отставание в весе у крыс линии ГК от крыс линии Вистар, начиная с первого дня жизни и кончая 6-месячным возрастом; 5) измененный баланс нейромедиаторов в мозге. Вероятно, все эти отклонения в развитии сказываются на поведении взрослых крыс линии ГК, основными характеристиками которого являются кататонические реакции.

ВЫВОДЫ

  1. На текущем этапе селекции в 63-75 поколениях отбора доля высоковозбудимых крыс в линии ГК увеличилось. С 63-го поколения селекции животные с гиперкинетическими реакциями в кататонической линии стали превалировать над животными с акинетическими реакциями.
  2. Взрослые крысы линии ГК не отличаются от контрольных животных популяции Вистар по уровню НА, 5-НТ и 5-ГИУК в исследуемых структурах мозга (лобная кора, гипоталамус, гиппокамп, полосатое тело, миндалина).
  3. В первые два дня неонатального периода крысята линии ГК характеризуются преобладанием дискинетических движений и асимметричных поз. С 3-го по 14 день двигательная активность по всем наблюдаемым кинематическим переменным у них снижена по сравнению с контрольными животными Вистар. 
  4. У крысят линии ГК повышено содержание норадреналина на 10-й и 14-й дни в полушариях и на 14-й день в стволе мозга по сравнению с крысятами линии Вистар.
  5. В неонатальном периоде крысята линии ГК имеют сниженную активность серотонинергической системы мозга, которая проявляется в сниженном содержании серотонина на 1-й и 14-й дни в полушариях и на 14-й день в стволе мозга, сниженном содержании 5-ГИУК на 1-й и 7-й дни в стволе мозга и сниженном коэффициенте катаболизма серотонина на 1-й день в стволе мозга по сравнению с контрольными животными линии Вистар.
  6. Начиная с первого дня жизни, крысы кататонической линии имеют сниженную массу тела по сравнению с крысами линии Вистар, и с возрастом это отставание прогрессирует.
  7. По совокупности полученных в этой работе данных предикторами кататонического поведения могут служить большая доля дискинетических движений и асимметричных поз в первые два дня жизни и пониженная двигательная активность в последующие дни неонатального периода, сопровождающиеся измененным функционированием нейромедиаторных систем в раннем постнатальном онтогенезе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

  1. Алехина Т.А., Прокудина О.И., Рязанова М.А., Уколова Т.Н., Барыкина Н.Н., Колпаков В.Г. Проявление типологических свойств поведения у линий крыс, селекционированных на усиление и отсутствие маятникообразных движений. Связь с моноаминами мозга // Журн. высш. нерв. деят. им И.П. Павлова. 2007. Т. 57. № 3. С. 336-343.
  2. Клочков Д.В., Алехина Т.А., Уколова Т.Н., Рязанова М.А. Влияние постоянного освещения на проявление кататонических реакций у самок крыс линии ГК // Бюлл. эксп. биол. мед. 2008. Т. 7. С. 26-29.
  3. Алехина Т.А., Рязанова М.А., Уколова Т.Н., Сахаров Д.Г., Чугуй В.Ф., Прокудина О.И. Нейрогормональный сдвиги при формировании латентного торможения у крыс с предрасположением к каталепсии // Нейрохимия. 2008. Т. 25. № 3. С. 1-6.
  4. Барыкина Н.Н., Чугуй В.Ф., Алехина Т.А., Рязанова М.А.,  Уколова Т.Н., Сахаров Д.Г., Колпаков В.Г. Обучение крыс, предрасположенных к кататоническим состояниям, в водном тесте Морриса // Журн. высш. нерв. деят. им И.П. Павлова. 2009. Т. 59. № 6. С. 728-735
  5. Алехина Т.А., Уколова Т.Н., Кузнецова Н.В., Пальчикова Н.А., Рязанова М.А., Клочков Д.В. Влияние имипрамина на реакции нервной возбудимости крыс линии ГК // Бюлл. эксп. биол. мед. 2009. Т. 147. № 6. С. 663-666.
  6. Markel A.L., Achkasov A.F., Alekhina T.A., Prokudina O.I., Ryazanova M.A., Ukolova T.N., Efimov V.M., Boldyreva E.V., Boldyrev V.V. Effects of the alpha- and gamma-polymorphs of glycine on the behavior of catalepsy prone rats // Pharmacol Biochem Behav. 2011. V. 98. N. 2. P. 234-240.
  7. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Мешков И.О. Постурально-моторные реакции и распределение моноаминов мозга у крыс кататонической линии в раннем онтогенезе // Нейрохимия. 2012. Т. 29. № 1. С. 1-6.

Участие в конференциях, тезисы

  1. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Рязанова М.А., Прокудина О.И. Катехоламины мозга и активность моторных подсистем крыс с кататонической формой реагирования // Тез. докладов конференции «Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга». Санкт-Петербург, 2008. С. 149-150.
  2. Уколова Т.Н., Рязанова М.А., Клочков Д.В., Алехина Т.А.  Влияние постоянного освещения на проявление кататонических реакций у самок крыс линии ГК // Тез. докладов VI Сибирского физиологического съезда. Барнаул, 2008. Том I, С. 160-161.
  3. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Рязанова М.А., Клочков Д.В.  Компенсаторно-приспособительные процессы при воздействии постоянного освещения и антидепрессанта имипрамина на самцов и самок линии ГК // Тез. докладов Четвертой Всероссийской конференции «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов». Новосибирск, 2009. С. 260-261.
  4. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Мешков О.И. Реакции возбудимости в онтогенезе у крыс линии ГК // Тез. докладов ХХI Съезда Физиологического общества им. И.П.Павлова. М. – Калуга, 2010. С. 630.
  5. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Пальчикова Н.А., Кузнецова Н.В. Нормализация уровня кортикостерона в крови крыс кататонической линии ГК под действием введения имипрамина // Тез. докладов Пятой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов». Новосибирск, 2011. С. 222-223.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.