WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ им. И.П.ПАВЛОВА

На правах рукописи

ОШАРИНА ВИКТОРИЯ ВИКТОРОВНА


ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ НЕЙРОНОВ СТВОЛА МОЗГА В ОТВЕТ НА АФФЕРЕНТНУЮ ВИСЦЕРАЛЬНУЮ И СОМАТИЧЕСКУЮ СТИМУЛЯЦИЮ


Специальность: 03.00.13 - ФИЗИОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ

Диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Санкт-Петербург

2007 г.

Работа выполнена в лаборатории кортико-висцеральной физиологии Института физиологии И.П.Павлова РАН

Научные руководители:

профессор, доктор биологических наук В.А.Багаев

доктор биологических наук С.С.Пантелеев

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук В.Г.Александров, Санкт-Петербургский педагогический Университет им.А.И.Герцена

доктор биологических наук Н.Г.Камышев, Институт физиологии им. И.П.Павлова РАН

Ведущая организация:

Санкт-Петербургская педиатрическая медицинская академия

Защита диссертации состоится «23» апреля 2007 г. в час. на заседании Диссертационного Совета К 002.020.01 в Институте физиологии им.И.П.Павлова РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физиологии им.И.П.Павлова РАН

Автореферат разослан « » 2007 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Известно, что одним из основных источников поступления висцеросенсорных импульсов от рецепторов внутренних органов в центральную нервную систему являются афферентные волокна блуждающего нерва, которые оканчиваются в ядре одиночного тракта. Ядро одиночного тракта рассматривается как афферентное звено в системе многочисленных висцеральных рефлексов, а также как первое передаточное звено на пути висцеральных импульсов к вышележащим структурам мозга, в том числе и к парабрахиальным ядрам (Ноздрачев, 1983; Багаев и др., 1997; 2000).

Известно, что высшие структуры мозга могут не только контролировать деятельность внутренних органов, но и функции этих структур могут модулироваться восходящей висцеросенсорной информацией, поступающей от внутренних органов (Александров и др., 1996; 2000; Любашина и др., 2000; 2002; Bernston et al., 2003; Пантелеев и др., 2004). Идея о влиянии восходящей висцеральной информации на высшие функции мозга получила свое развитие в ряде современных исследований, в том числе и в нашей лаборатории под руководством В.А.Багаева (Александров и др., 1996; 2000; Любашина и др., 2000; 2002; Cameron, 2002; Morris, 2002; Пантелеев и др., 2004). В 1985 году на собаках было продемонстрировано, что продолжительная электрическая стимуляция блуждающего нерва уменьшает судорожные приступы и оказывает превентивное действие на возникновение корковых эпилептиформных разрядов в ЭЭГ (Zabarra, 1992). Клинические данные (с 1994 года) показали эффективность хронической стимуляции блуждающего нерва при лечении медикаментозно устойчивых и неоперабельных форм эпилепсии (George et al., 2003). Эффективность стимуляции определяется активацией висцеросенсорных путей и модулирующим влиянием этой активации на функции эпилептогенных структур мозга (гиппокамп, миндалина). Минимизация побочных эффектов стимуляции (нарушения дыхания, сердечного ритма и т.п.) в значительной степени зависит от правильного выбора параметров стимуляции (Hberl et al., 2002; Zaaimi et al.), которые в настоящее время определяются по субъективным критериям, основанным на личном опыте лечащего врача и вербальных оценках пациента (Groves, Brown, 2005). В связи с этим, остается актуальной необходимость выяснения путей и механизмов лечебного действия стимуляции блуждающего нерва (Schachter and Saper, 1998). Одним из методических подходов к их изучению может служить анализ изменений характеристик гетерохроматина с целью определения активации генома нейронов, вовлеченных в реализацию ваго-вагальных рефлексов и в проведение висцеросенсорных импульсов. Анализ экспрессии c-fos генов раннего действия в ответ на раздражение нерва позволит выявить участие

именно этих генов в процессе передачи информации по афферентным волокнам блуждающего и большеберцового нервов, а так же позволит определить локализацию нейронов, активированных стимуляцией.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы, выполненной в рамках плановых исследований лаборатории кортико-висцеральной физиологии Института физиологии им. И.П.Павлова, являлось сравнительное изучение влияния стимуляции афферентных волокон блуждающего и большеберцового нервов на функциональную активность нейронов ядра одиночного тракта и парабрахиального ядра, а также изучение сопутствующих стимуляции рефлекторных реакций висцеральных систем.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

  1. С использованием электрофизиологических методов изучить рефлекторные реакции желудка, сердца и дыхательной системы в ответ на стимуляцию центрального отрезка блуждающего нерва импульсами разной частоты.
  2. С использованием цитогенетического метода изучить изменение характеристик интерфазного гетерохроматина в нейронах ядра одиночного тракта в ответ на стимуляцию центрального отрезка блуждающего нерва.
  3. С использованием иммуногистохимического метода провести сравнительное изучение пространственной локализации нейронов ядра одиночного тракта и парабрахиального ядра, экспрессирующих c-Fos в ответ на стимуляцию центральных отрезков блуждающего и большеберцового нервов.

Научная новизна. Приоритетными являются результаты электрофизиологических экспериментов, в которых показано, что стимуляция блуждающего нерва вызывает тормозные ответы висцеральных систем (релаксация желудка, брадикардия, диспноэ) и рассогласование в работе сердечной и дыхательной систем. Дискоординация кардиореспираторной деятельности отражается в нарушении дыхательной синусной аритмии и снижении коэффициента корреляции между частотой дыхания и R-R интервалами ЭКГ. Причем, изменение частоты следования стимулирующих импульсов с 1 Гц до 10 Гц усиливает все тормозные эффекты висцеральных систем вплоть до остановки дыхания.

Впервые показано, что стимуляция центрального отрезка блуждающего нерва (10 Гц) сопровождается снижением общей площади гетерохроматина в ядрах нейронов области ядра одиночного тракта и смещением массы хромоцентров к мембране ядер этих нейронов. Подобное изменение характеристик гетерохроматина свидетельствует об активации генома нейронов исследованной области мозга при данной частоте стимуляции.

Впервые выполнено цитогенетическое исследование функциональной активности нейронов ядра одиночного тракта и парабрахиального ядра в ответ на стимуляцию висцерального и соматического нервов. Продемонстрировано количество и пространственная локализация нейронов экспрессирующих с-Fos в ответ на стимуляцию соответствующих нервов в указанных ядрах. Стимуляция блуждающего и большеберцового нервов активирует нейроны висцеральных и соматических зон, соответственно. Кроме того, показано, что в вентролатеральных подъядрах ядра одиночного тракта имеет место сомато-висцеральное перекрытие. В парабрахиальном ядре такого перекрытия не наблюдается. Продемонстрировано, что стимуляция обоих нервов сопровождается активацией экспрессии генов раннего действия (c-fos) в подъядрах ядра одиночного тракта и парабрахиального ядра.

Теоретическая и практическая значимость. Результаты, полученные в электрофизиологической серии опытов, могут быть использованы для подбора оптимальных параметров стимуляции блуждающего нерва с целью повышения эффективности лечения и снижения риска возникновения побочных эффектов при лечении эпилепсии, как в экспериментальных условиях, так и в клинической практике.

Полученные данные об изменении характеристик гетерохроматина (дегетерохроматизация) и об усилении экспрессии c-Fos в нейронах ядра одиночного тракта и парабрахиального ядра в ответ на афферентную висцеральную стимуляцию свидетельствуют об активации генома и генов раннего действия, в частности, c-fos, при данном виде стимуляции. Это представляет существенный интерес для понимания общих принципов передачи висцеросенсорной информации к структурам переднего мозга и может быть использовано для разработки физиологической основы применения стимуляции блуждающего нерва в лечебных целях.

Апробация материалов диссертации. Результаты работы были представлены на 6-й Пущинской школе-конференции молодых ученых "Биология – наука 21 века" (Пущино, 2002); на 5-й Всероссийской медико-биологической конференции молодых исследователей «Человек и его здоровье» (Санкт-Петербург, 2002); на юбилейной конференции, посвященной 50-летию со дня основания Института физиологии Национальной Академии Наук Беларуси (Минск, 2003); на III Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 175-летию со дня рождения Ф.В.Овсянникова «Механизмы функционирования висцеральных систем» (Санкт-Петербург, 2003); на XVI национальном анатомическом конгрессе с международным участием (София, Болгария, 2003); на Всероссийской конференции молодых исследователей «Физиология и медицина» (Санкт-Петербург, 2005); на IX конференции «Стресс и поведение» (Санкт-Петербург, 2005); на

конференции C.I.A.N.S (Братислава, Словакия, 2005); на 4-м конгрессе ISAN (Марсель, Франция, 2005); на 4-й Всероссийской конференции с международным участием Института физиологии им.И.П.Павлова (Санкт-Петербург, 2005); на Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 80-летию А.М.Уголева (Санкт-Петербург, 2006).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ (из них 2 статьи) в отечественной и зарубежной печати.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, главы, в которой представлены основные методические приемы, использованные в работе, трех глав с изложением экспериментальных результатов, обсуждения, выводов и списка литературы. Работа содержит 148 страниц. Из них – 28 рисунков и 5 таблиц. Список литературы включает 333 источника: 44 отечественных и 289 зарубежных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Работа выполнена на наркотизированных уретаном (1,3 - 1,5 г/кг, в/б) крысах линии Wistar (n=23) и Sprague-Dawley (n=35) массой 240 – 300 г. Мы проводили регистрацию моторных реакций желудка, изменений частоты сердечных сокращений и электромиографических реакций диафрагмальных мышц. Сигналы от регистрирующих электродов, расположенных в полости желудка, под куполом диафрагмы и на конечностях, после необходимого усиления, подавались на аналого-цифровой преобразователь (Neuro Phore BH-2 system, USA) и вводились в компьютер в режиме реального времени с помощью программ Spike 2 (CED, Великобритания). Статистическая обработка всех полученных данных осуществлялась с использованием программных пакетов Statgraphycs Plus, Origin 7.0, MatLab 6.5.

В электрофизиологической серии опытов оперативное вмешательство включало в себя трахеотомию, перерезку левого блуждающего нерва, перевязку пищевода и введение катетера в желудок через отверстие в 12-перстной кишке, наложение электрода под купол диафрагмы. На конечностях животных закреплялись электроды для записи ЭКГ. Стимуляция блуждающего нерва осуществлялась током силой 300-330 мкА, частотой следования импульсов 1 Гц и 10 Гц. В следующем режиме: 10 с стимуляция/ 10 мин покой, 10 реализаций.

В иммуногистохимической серии экспериментов животные были разделены на 6 групп (n=5 в каждой группе): контроль без какого-либо воздействия, оперативное вмешательство на блуждающем и большеберцовом нервах без их стимуляции, оперативное вмешательство со стимуляцией большеберцового нерва, оперативное вмешательство со стимуляцией блуждающего нерва импульсами разной частоты (1 Гц и 10 Гц). Параметры стимуляции блуждающего нерва те же, что и в предыдущей

серии опытов. Параметры стимуляции большеберцового нерва: 300-330 мкА, 5 Гц. Режим стимуляции: 10 с стимуляция/ 10 мин покой, 10 реализаций. Операция состояла в препаровке соответствующего нерва и фиксации баллона на грудной клетке для регистрации дыхательных движений. Через 2,5 часа от начала эксперимента проводили транскардиальную перфузию 4% параформальдегидом. Изъятый мозг подвергался обработке по стандартной иммуногистохимической технике (Hsu et al., 1981). Подсчет количества c-Fos-иммунореактивных нейронов на срезах мозга проводили в программном пакете ImageTool 3.0. Для определения границ подъядер и их пространственного расположения мы использовали атлас мозга крысы (Paxinos, Watson, 1998).

В опытах по изучению изменений характеристик гетерохроматина в ответ на стимуляцию блуждающего нерва все животные были разделены на три группы: контроль без какого-либо воздействия (n=8), оперативное вмешательство на блуждающем нерве без стимуляции (n=7) и оперативное вмешательство на блуждающем нерве с его стимуляцией (n=8). Блуждающий нерв стимулировали по схеме: 2 мин стимул/ 2 мин покой. Ткань мозга изымали в области ваго-солитарного комплекса (согласно данным атласа мозга крысы, Paxinos et al., 1998). С целью выявления гетерохроматиноых участков хромосом препараты интерфазных ядер (n=150 в группе) окрашивались по методу дифференциального С-окрашивания (Sumner, 1972). Для обработки, накопления и статистического анализа полученных результатов использовали информационную систему для компьютерного анализа изображений, разработанную К.Н.Дудкиным (Дудкин и др., 1999).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Влияние электрической стимуляции блуждающего нерва на функции желудочно-кишечного тракта, сердечно-сосудистой и дыхательной систем.

В ходе экспериментов получено и проанализировано 58 реализаций желудочных, диафрагмальных и сердечных ответов, из них 27 – при стимуляции нерва частотой следования импульсов 1 Гц и 31 – 10 Гц.

Pages:     || 2 | 3 |






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