Введение к работе
Актуальность проблемы
Эпилепсия - это заболевание мозга, поражающее около 50 миллионов человек в мире. Согласно эпидемиологическим исследованиям, 30% пациентов с этим заболеванием остаются рефрактерными к известным антиэпилептическим препаратам [Andres-Mach et al., 2011]. Для создания более эффективных противосудорожных средств необходимо более глубокое исследование проблем эпилептогенеза и нейрональных нарушений, развивающихся в мозге после судорог.
Наиболее распространенной разновидностью эпилепсии является ее височная форма, при которой патологический очаг развивается в височных структурах (гиппокамп, амигдала, энторинальная кора), относящихся к лимбической системе мозга. В норме они участвуют в регуляции различных поведенческих и когнитивных процессов; во время патологических состояний, в частности, при генерации судорожной активности, тонкая регуляция механизмов функционирования этой системы нарушается [Helmstaedter, 2002; Leritz, 2006; Briellmann et al., 2007]. Известно, что коррелятами когнитивных функций мозга являются ритмические процессы в разных диапазонах частот [Steriade, Contreras, 1995; Vinogradova, 1995; Buzsaki, 2002; Engel, Fries, 2010]. Изменения различных типов осцилляции при эпилептогенезе изучены слабо; в то же время они могут быть основой патологической синхронизации, возникающей при развитии судорожного очага. Таким образом, исследование нарушений ритмической активности в мозге представляет большой интерес и может использоваться при разработке подходов для терапии височной эпилепсии.
При действии повреждающих факторов в мозге происходят патологические морфофункциональные перестройки, в результате чего могут формироваться фокусы судорожной активности; при этом для определенных регионов (очагов) синхронность активности может повышаться, а для других -падать [Uhlhaas, Singer, 2006]. Исходя из этого, для расшифровки патологических изменений, лежащих в основе эпилептогенеза, представляется важным исследование корреляционных отношений структур лимбической системы мозга.
В литературе описаны многочисленные патологические изменения в лимбической системе при эпилепсии [Spencer, Spencer, 1994; Bartolomei et al., 2001; Avoli et al., 2005], возникающие в результате перевозбуждения при
судорогах. Выявлены структуры, в которых эти изменения наиболее
выражены - гиппокамп, амигдала, энторинальная кора [Pitkanen et al., 1998;
Kendal et all., 1999; Bartolomei et al., 2001]. Тем не менее, отсутствуют данные
о том, какие области мозга играют ведущую роль в инициации судорожной
активности. Одним из методов, позволяющих проследить последовательность
патологической активации нейронов в мозге, может быть регистрация
экспрессии c-fos - интегрального компонента сложных сигнальных
механизмов, ответственных за клеточный ответ на различные внешние
воздействия. Обнаружено, что уровень его экспрессии коррелирует с частотой
интериктальнои активности, и может служить маркером эпилептических
событий [Rakhade et all., 2007]. Таким образом, исследование уровня
экспрессии c-fos может быть важным для определения как
последовательности, так и степени вовлечения структур мозга в патологический процесс при инициации судорожной активности, что необходимо для выяснения механизмов эпилептогенеза.
Особый интерес представляет изучение септо-гиппокампальных взаимодействий и роли в эпилептогенезе медиальной септальной области (МСО). МСО является субкортикальным входом в гиппокамп и играет критическую роль в генерации тета-ритма, необходимого для осуществления когнитивных функций мозга. Хотя в МСО показаны значительные морфологические перестройки при эпилептогенезе [Colom et al., 2006], что указывает на её участие в этом процессе, значение этой структуры в формировании эпилептического очага в настоящее время не известно. Выяснение конкретной роли МСО в формировании височного патологического фокуса представляет собой одну из первоочередных задач современной нейробиологии и медицины.
Цели и задачи исследования
Цель работы состояла в расшифровке механизмов височной эпилепсии: выяснении особенностей активности и корреляционных отношений между различными лимбическими структурами при эпилептогенезе, по сравнению с таковыми у здоровых бодрствующих животных. Основные задачи исследования:
1. Анализ активности и корреляционных отношений гиппокампа, медиальной септальной области, пириформной коры и амигдалы в дельта-, тета-, альфа- и бета-диапазонах частот у здоровых животных и при формировании патологического очага.
2. Выяснение временной последовательности вовлечения различных
структур в патологический процесс при инициации эпилептического статуса.
-
Исследование способности медиальной септальной области вовлекаться в судорожную активность и участвовать в формировании эпилептического очага.
-
Роль функционального отключения медиальной септальной области в генерации острой судорожной активности в септо-гиппокампальной системе.
Научная новизна
Настоящее исследование внесло определенный вклад в выяснение механизмов развития височной эпилепсии. В работе впервые проведен анализ суммарной активности (внутримозговой электроэнцефалограммы (ЭЭГ)) и корреляционных отношений четырех структур мозга (гиппокампа, МСО, пириформной коры и амигдалы) в нескольких диапазонах частот (дельта-, тета-, альфа- и бета-) в норме и после вызванного эпилептического статуса (ЭС). Обнаружено снижение мощности и увеличение средней частоты активности для каждого исследуемого диапазона через 5 месяцев эпилептогенеза; наиболее сильные нарушения выявлены для дельта- и тета-осцилляций.
Проведено изучение последовательности вовлечения структур в ЭС с помощью молекулярных и электрофизиологических методов. Показана ключевая роль амигдалы, некоторых базальных ядер, латеральных ядер уздечки и пириформной коры в инициации судорожной активности. Описана также сложная динамика изменения корреляционных отношений исследуемых структур во время ЭС и степень снижения их взаимодействий при эпилептогенезе.
Проанализирована роль МСО в инициации судорожной активности. Показана способность МСО к самостоятельной генерации спонтанных и вызванных судорожных разрядов при эпилептогенезе на модели электрического киндлинга и сокращение длительности судорожной активности, вызванной электрической стимуляцией, при ее функциональном отключении.
Научно-практическая значимость работы
Проведенная работа позволила выявить изменения, которые могут лежать в основе развития патологических процессов в эпилептическом мозге. Параллельная регистрация внутримозговой ЭЭГ из нескольких структур
показала, что изменения ритмической активности при эпилетогенезе наблюдаются не только в гиппокампе, но и в других лимбических образованиях. В связи с тем, что наибольшие изменения выявлялись в дельта-и тета-диапазонах, можно предположить, что изменение таламо-кортикальных и септо-гиппокампальных взаимоотношений, лежащих в основе их генерации, играет наиболее значимую роль в развитии патологического очага.
Выявление структур, первыми проявляющих признаки гиперактивации, а также последовательности активации различных областей мозга во время ЭС, может быть использовано в поиске фармакологических мишеней для остановки либо компенсации развивающейся судорожной активности. Обнаруженная в нашей работе способность МСО к самостоятельной генерации судорожной активности позволяет рассматривать ее как мишень для фармакологических манипуляций в поиске путей компенсации патологических изменений во время эпилептогенеза.
Апробация работы
Основные результаты диссертации доложены на Пущинской школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2010), Международном симпозиуме «Гиппокамп и память» (Пущино, 2006), Зем, 4ом,
ОМ угОМ тт w
, о международном междисциплинарном конгрессе «Неиронаука для
медицины и психологии» (Судак, Крым, 2007-2010), Всероссийской
конференции «Гиппокамп и память: норма и патология» (Пущино, 2009),
конференции молодых ученых ИТЭБ РАН «Экспериментальная и
теоретическая биофизика» (Пущино, 2010, 2011), а также на школах:
«Нейробиология поведения: нерешенные проблемы» (Московская обл.,
Менделеево, 2008), «Models in neuroscience: turning experiments into knowledge»
(FENS, Санкт-Петербург, 2008), «Biomolecules in health and disease» (Finland,
2009). По материалам диссертации опубликовано 5 работ в рецензируемых
журналах, включенных в список ВАК.
Структура и объем диссертации.
