Введение к работе
Актуальность. Нейродегенеративные заболевания — одно из активно развивающихся направлений в медицине настоящего времени [Анисимов В.Н., 2003; Один В.И., 2011; Chen P.H., 2001]. Отклонения функционирования организма при нейродегенеративных процессах в мозге наблюдают при гипоксически-ишемическом поражении мозга на разных этапах онтогенеза, в том числе при старении [Дамулин И.В., 2001; Левин О.С., 2006; Журавин И.А. и др., 2007].
Патогенез нейродегенеративных заболеваний характеризуется существенным полиморфизмом за счет различных сочетаний пяти групп симптомов: экстрапирамидного, пирамидного, мозжечкового синдромов, вегетативной недостаточности и деменции. Гибель нейронов приводит к нарушению цитоархитектоники, функций спинного и головного мозга и неврологическим нарушениям [Захаров В.В., Яхно Н.Н., 2004].
Главным фактором, приводящим к развитию нейродегенерации, является гипоксия мозга, механизмы действия которой на уровне клеток мозга изучены достаточно хорошо: изменяется баланс нейромедиаторов и продуктов их обмена в структурах мозга [Самойлов М.О., 1999; Nyakas C. et al., 1996; Lipton P., 1999], нарушаются структурно-функциональные свойства клеточных мембран, что может приводить к гибели клеток [Mishra O.P., Delivoria-Papadopoulos M., 1999]. В условиях гипоксии изменяется работа генетического аппарата клетки [Саrо J., 2001; Rybnikova E. еt al., 2008], инициируется транскрипция специфических генов, ответственных за программируемую гибель клетки [Самойлов М.О. и др., 2005]. Патологические изменения в центральной нервной системе (ЦНС) зависят от длительности гипоксического воздействия и от этапа онтогенетического развития центральной нервной системы (ЦНС) [Журавин И.А., 2002].
Одним из возможных путей коррекции негативных последствий гипоксии является использование пептидных биорегуляторов. Это обусловлено, прежде всего, их полифункциональностью и способностью к запуску каскадных реакций. Геропротекторные свойства ряда пептидных препаратов продемонстрированы на экспериментальных моделях, а также в клинической практике [Анисимов В.Н. и др., 1993; Менджерицкий А.М. и др., 1996, 2003; Рыжак Г.А. и др., 2003, 2004; Линькова Н.А. и др., 2011]. В последнее время наблюдается тенденция применения препаратов пептидной природы при различных заболеваниях, сопровождающихся нейродегенеративными процессами, в том числе, в детской неврологии [Громова О.А., 2007; Taylor D.L.et al., 1999]. Это связано с обнаруженными сходными механизмами развития патологического состояния мозга в процессе старения организма и на ранних этапах онтогенеза [Журавин И.А. и др., 2007; Болдырев А.А. и др., 2010]. Однако существует и ряд особенностей развития нейродегенеративных процессов на разных этапах онтогенеза. Так, известно, что гипоксически-ишемическая нейродегенерация с преобладанием апоптоза у взрослых особей обусловлена активацией каспазного каскада, а у новорожденных - активацией преимущественно каспазы-3. Регуляция апоптоза, в частности, системы каспазы-3 в головном мозге имеет характерные особенности в зависимости от функционального состояния мозга и стадии онтогенеза. Уровень каспазы-3 высок в мозге плодов в связи со значительными в этот период функциональными перестройками [Баннова А.В. и др., 2005; Гуляева Н.В., 2003]. Нужно также отметить, что в последнее время изменение каспазной активности при гипоксии/ишемии мозга рассматривают не только с точки зрения нейродегенерации, но и пластических процессов [Rossiter J.P. et al., 2002]. Также различно функциональное состояние нейромедиаторных систем, что определяет особенности высших интегративных функций мозга организма на разных этапах онтогенеза.
Целью данного исследования явилось изучение пептидной регуляции поведения и нейрохимических процессов в головном мозге старых крыс, перенесших окклюзию сонных артерий, и молодых крыс, перенесших пренатальную гипоксию.
В связи с этим в задачи исследования входило:
-
Определить влияние пренатальной гемической и гипоксической гипоксии разной продолжительности на латентное обучение и поведение, изменение активности каспазы-3 и баланса моноаминов в мозге молодых крыс.
-
Оценить действие пинеалона на поведенческие и нейрохимические показатели молодых крыс, перенесших пренатальную гемическую и гипоксическую гипоксию разной продолжительности.
-
Сравнить эффекты кортексина и пинеалона на поведение, обучаемость и нейрохимические показатели молодых крыс, подвергнутых гипоксической гипоксии, приходящейся на предплодный и плодный периоды.
-
Оценить эффекты окклюзии сонных артерий на поведенческие и нейрохимические показатели в головном мозге старых крыс.
-
Изучить эффекты пептидных препаратов (кортексина и пинеалона) на поведение, изменение активности каспазы-3 и баланс моноаминов в мозге старых интактных крыс, а также животных, подвергнутых окклюзии сонных артерий.
Научная новизна работы
Впервые показано, что введение пептидных препаратов (кортексина и пинеалона) старым крысам, перенесшим окклюзию сонных артерий, а также введение пинеалона молодым крысам в модели пренатального стресса способствует повышению выживаемости животных.
Впервые установлено, что при окклюзии сонных артерий введение коротких пептидов способствует изменению структуры поведения в сторону возрастания релаксированного бодрствования и снижения двигательной активности на фоне повышения содержания адренергических нейромедиаторов в мозге у старых крыс. Более высокий показатель выживаемости у старых крыс, перенесших окклюзию сонных артерий, выявлен в условиях предварительного введения пинеалона относительно животных, которым вводили кортексин. Нейрохимическим критерием высокой устойчивости к окклюзии сонных артерий у старых крыс является умеренное повышение активности каспазы-3 в мозге.
Впервые показано, что степень когнитивного дефицита у молодых крыс зависит от периода, в течение которого они были подвергнуты пренатальной гипоксической гипоксии. Наиболее негативное влияние на когнитивную функцию и выживаемость крыс оказывает гипоксическая гипоксия, приходящаяся на предплодный и плодный периоды. Введение пинеалона беременным самкам способствует активации питьевого поведения у 3-недельного потомства в отличие от крыс, перенесших пренатальную гипоксию и пренатальное введение пептида; одновременно установлено возрастание времени поведенческого сна, повышение пищевого поведения и снижение груминга.
Впервые показано, что пренатальная гипоксия оказывает влияние на активность каспазы-3 в мозге молодых крыс: во всех моделях пренатального стресса у животных активность фермента была ниже контрольных значений за исключением группы животных, которым моделировали пренатальную гипоксическую гипоксию, приходящуюся на предплодный и плодный периоды. Введение пинеалона в течение всей беременности способствует снижению эффектов пренатального стресса преимущественно через изменение активации серотонин- и дофаминергической систем.
Практическая значимость работы
Результаты исследования влияния пептидных препаратов (кортексина и пинеалона) на адаптивные реакции старых крыс при окклюзии сонных артерий демонстрируют их нейропротективный эффект. Показатель выживаемости в модели окклюзии сонных артерий выше у животных, получавших пинеалон, относительно крыс, которым вводили кортексин, что свидетельствует о большей эффективности пинеалона при патологиях, связанных с нарушением мозгового кровообращения.
Согласно полученным результатам исследования влияния пренатальной гипоксии на выживаемость и баланс медиаторов в мозге молодых крыс были показаны различия в развитии нарушений в поведении и нейрохимическом статусе в зависимости от сроков стрессового воздействия. Доказано, что пинеалон обладает нейропротекторным действием на мозговые структуры крыс, перенесших пренатальный стресс, способствуя преобладанию серотонинергической системы, что сопровождается повышением уровня выживаемости и снижением нарушений в когнитивной и поведенческой сферах животных.
Результаты работы могут быть рекомендованы для внедрения в клиническую практику с целью назначения кортексина и пинеалона в неврологической практике пациентам старших возрастных групп с целью снижения повреждающего действия ишемических процессов на функциональную активность клеток головного мозга, а также пинеалона женщинам для снижения проявления осложнений гипоксии плода при неблагоприятном течении беременности.
Основные положения, выносимые на защиту
1. Пренатальный стресс оказывает отставленные эффекты на нейромедиаторный баланс и активность каспазы-3 в мозге, что отражается на когнитивной функции и поведении 3-недельных животных. Степень нарушения изучаемых показателей зависит от сроков пренатального стресса. У 3-недельных животных, перенесших пренатальный стресс, приходящийся на предплодный и плодный периоды, нарушается структура поведения в сторону резкого повышения времени вертикальной и горизонтальной локомоторной активности; наблюдается значительный когнитивный дефицит на фоне повышения активности каспазы-3 и истощения медиаторного баланса в мозге.
2. Пинеалон снижает влияние пренатального стресса на структуру поведения и когнитивные функции молодых животных за счет изменения активации серотонин- и дофаминергической систем и понижения активности каспазы-3 в мозге крыс. В отличие от пинеалона пренатальное введение кортексина способствует снижению содержания дофамина у молодых животных, как подвергнутых, так и не подвергнутых пренатальному стрессу, что отражается на более низкой обучаемости молодых крыс, которым вводили кортексин, относительно крыс, которым вводили трипептид пинеалон.
3. У старых крыс введение пептидных препаратов перед окклюзией сонных артерий способствует изменению структуры поведения в сторону снижения общей активности и возрастания представленности релаксированного бодрствования. При окклюзии сонных артерий введение пептидных препаратов способствует возрастанию содержания адренергических медиаторов: в коре больших полушарий – ДОФА и дофамина, в стволовых структурах – адреналина, а также норадреналина у животных, которым перед окклюзией сонных артерий вводили кортексин. В условиях окклюзии сонных артерий изменение активности каспазы-3 происходит только у крыс, которым вводили пинеалон.
4. Пептидные препараты способствуют повышению доли выживших животных разного возраста в разных моделях стресса (пренатальной гипоксии, окклюзии сонных артерий). Более выраженным нейропротективным эффектом в модели окклюзии сонных артерий у старых животных обладает пинеалон по сравнению с кортексином. Его действие на поведение и нейрохимические системы зависит от возраста животных.
Апробация работы
Основные результаты работы были доложены на научно-практической конференции с международным участием «Нейрохимические подходы к исследованию функционирования мозга» (Ростов-на-Дону, 2011); Всероссийской научной конференции «Модернизация науки и образования» (Ростов-на-Дону – Махачкала, 2011); IV Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы биологии, нанотехнологий и медицины» (Ростов-на-Дону, 2011); Конгрессе «Нейронаука для медицины и психологии» (Судак, 2012).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, включенных в Перечень ВАК и рекомендованных для опубликования материалов диссертационных исследований, 6 тезисов докладов. Все результаты и положения диссертационного исследования полностью отражены в публикациях.
Структура работы. Диссертация изложена на 161 странице машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, двух глав, содержащих изложение результатов собственных исследований, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Список литературы содержит 267 источников, из них 139 отечественных и
128 иностранных авторов. Работа иллюстрирована 22 таблицами
и 29 рисунками.
