научная статья по теме ЭФФЕКТЫ ТРИПТОФАНА НА ВЫЗВАННЫЕ ОТВЕТЫ В СРЕЗАХ ГИППОКАМПА ВЗРОСЛЫХ И 3-НЕДЕЛЬНЫХ КРЫС Медицина и здравоохранение

Текст научной статьи на тему «ЭФФЕКТЫ ТРИПТОФАНА НА ВЫЗВАННЫЕ ОТВЕТЫ В СРЕЗАХ ГИППОКАМПА ВЗРОСЛЫХ И 3-НЕДЕЛЬНЫХ КРЫС»

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ

УДК 612.822.3

ЭФФЕКТЫ ТРИПТОФАНА НА ВЫЗВАННЫЕ ОТВЕТЫ В СРЕЗАХ ГИППОКАМПА ВЗРОСЛЫХ И 3-НЕДЕЛЬНЫХ КРЫС

© 2010 г. И. Е. Кудряшов

Учреждение Российской академии наук институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН, Москва

В период с 19 по 21 день постнатального онтогенеза происходит временное уменьшение популяци-онных спайков в поле СА1 гиппокампа крыс, вызываемых раздражением коллатералей Шаффера. С целью определения возможных причин этого феномена проводилась аппликация Ь-триптофана на срезы гиппокампа молодых (Р№9-21) и взрослых крыс (РК40). У молодых крыс Ь-триптофан вызывал начальную продолжительную депрессию, которая при отмывании триптофана постепенно сменялась фасилитацией. Реакции срезов от взрослых животных различались: вначале возникала фасилитация, а затем наступала депрессия, заканчивающаяся к 30-й минуте после начала отмывания препарата. Блокада рецепторов 5-ЫТ1/5-ЫТ2-типа и частично 5-ЫТ10 ослабляла, но не отменяла эффект аппликации Ь-триптофана. На основании анализа экспериментальных данных и данных литературы сделано заключение о вероятном участии перестроек серотонинергической системы в генезе временного уменьшения амплитуды поп-спайков в поле СА1 гиппокампа крыс.

Ключевые слова: триптофан, серотонин, 5-НТ-рецепторы, СА1, крысы, популяционные спайки.

Постнатальное созревание нервной системы у крыс в основном заканчивается в первые две недели после рождения. К этому времени в полной мере формируются морфология и цитоархитектоника нервных структур; интенсивность элиминации "лишних" нейронов и их отростков резко снижается [1, 2]. Уже к пятому постнатальному дню в гиппо-кампе и зубчатой фасции устанавливаются внутренние связи между основными нейронными единицами, лежащими в разных отделах этих структур [3]. Морфологические и биохимические исследования развивающегося гиппокампа показывают, что базовые основания для нормальной синаптической передачи формируются между первой и второй неделями жизни [4—7]. К концу первой недели ГАМК, вызывающая до этого возбудительные реакции, начинает выполнять функции тормозного медиатора [8, 9], а глутамат работой всех типов своих рецепторов обеспечивает передачу возбуждения. Однако в целом гиппокамп в этот период остается еще недостаточно зрелым в морфологическом, биохимическом и физиологическом отношении, процесс его созревания продолжается [10—15]. Тормозные потенциалы созревают в интервале от 14 до 18 дня, но сила торможения продолжает возрастать на протяжении еще почти месяца [12], что хорошо проявляется при стимуляции парными импульсами с интервалом 15—20 мс. Пластические свойства си-наптической передачи также претерпевают перестройки и после второй недели жизни. Длительная потенциация (LTP), присутствующая в гиппокампе

* Адресат для корреспонденции: 117865 Москва, ул. Бутлерова, 5а, e-mail: igorkudryashov@mail.ru.

на самых ранних стадиях постнатального развития [13, 14, 16—18], на 15-й день по величине в 2 раза больше, чем на шестидесятый день, но зато меньше по продолжительности [19, 20]. К 16-му дню заканчивается начавшийся с 9-го дня процесс миелини-зации аксонов в поле СА1 [21], что сопровождается плавным, день ото дня, увеличением амплитуды суммарных ответов — популяционных спайков. Наиболее полное систематическое исследование возрастных изменений физиологических параметров в гиппокампе крыс было проведено Бекен-штейном и Лотманом [14, 15] в градациях по дням: PN6-8, PN9-10, PN11-12, PN13-14, PN15-16, PN17-18, PN19-20, PN21-22, PN23-24, PN25-30, PN31-40 дней и PN60 — взрослые животные. На представленных ими кривых можно заметить, что в PN21-22 возрастной прирост ответов несколько приостанавливается и даже регрессирует, что особенно выражено в зубчатой фасции. Группирование данных по 2 дня несколько нивелирует картину; может быть, поэтому авторы не уделили особого внимания этому факту. Нами [22] было предпринято более детальное исследование этого феномена с шагом в 1 день на срезах крысят с PN 14 до PN27 включительно и на срезах взрослых животных (PN36-40). Оказалось, что период регресса в амплитудных характеристиках поп-спайков действительно существует и четко проявляется на 19, 20 и 21 дни. Кроме того, падение амплитуды сопровождается определенными изменениями свойств кратковременной (парная фасилитация) и долговременной (LTP) пластичности. Проведенный анализ [23] позволил считать более предпочтительной при-

чиной этих изменений уменьшение числа контактирующих нейронов, нежели падение эффективности синаптической передачи. Это заключение подкрепляется нашими данными о синхронности в ухудшении электрофизиологических показателей переживающих срезов гиппокампа и росте активности каспазы-3 [23]. Встает вопрос о причинах и механизмах описанных перестроек в ситуации, когда основные процессы нейрогенеза уже закончены. При анализе литературы наше внимание привлекли данные о значительных перестройках в серотони-нергической системе, удивительно совпадающих по срокам с временным падением амплитуды поп-спайков. По данным Карла Зиллеса с соавторами

[24], с Р№4 в гиппокампе начинается резкое увеличение плотности 5-НТ1-рецепторов, которое продолжается до 20-22-го дня, когда достигается уровень, соответствующий взрослому животному. В зубчатой фасции плотность 5-НТ1А-рецепторов растет с 14 по 21 день, а затем начинает уменьшаться

[25]. Содержание серотонина в ткани мозга (мкг/г) также стабилизируется к 20-у дню, в то время как в первую неделю на фоне повышенной концентрации триптофана происходит его резкий рост, затем падение и снова рост с 10 по 20 день [26]. Повышенное содержание в этот период продукта распада се-ротонина — 5-гидроксилиндолилуксусной кислоты (5-Н1АА), указывает на высокую интенсивность обменных процессов.

Изменение состава рецепторов серотонина в развивающейся префронтальной коре крыс может оказаться ключом к пониманию происходящих перестроек: с 6 до 19 дня введение серотонина вызывает сильную деполяризацию пирамидных нейронов V слоя, которая за несколько дней до конца третьей недели переходит в гиперполяризацию [27].

Итак, к концу третьей недели постнатального онтогенеза серотонинергическую систему можно считать уже вполне созревшей. Однако представленные выше данные указывают, по нашему мнению, на пороговый переход серотонинергической системы к функционированию по взрослому типу именно в этот момент. Этот переход, по нашему мнению, и может оказаться причиной наблюдаемого временного "сбоя" в развитии глутаматергиче-ских поп-спайков.

В качестве начальной задачи мы поставили себе целью проверить непосредственно в период регресса амплитуды вызванных ответов у молодых (РМ19-21) животных наличие или отсутствие различий в состоянии этой системы относительно взрослых животных. Чтобы избежать прямого влияния на рецепторы серотонина, решено было использовать основной субстрат его синтеза — Ь-триптофан, степень и способ функционального использования которого и будет характеристикой состояния системы в целом.

МЕТОДИКА

В работе использовали самцов и самок крыс линии Вистар (питомник "Столбовая", Московская обл.). Основным методом исследования была регистрация суммарных потенциалов действия пирамидных нейронов в переживающих срезах гиппо-кампа (популяционные спайки — поп-спайки). Оценивались эффекты аппликации на срез L-трип-тофана — in situ естественного предшественника серотонина (фирма Sigma, США). Переживающие срезы гиппокампа приготавливали по обычной методике [22]. Толщина среза составляла 300—400 мкм. Для перфузии срезов использовали следующий состав питательной среды (мМ): NaCl 124; KCl 3.5; MgSO4 • 7H2O 1.3; CaCl2 2.5; NaH2PO4 1.25; NaHCO3 26; D-глюкоза 10; карбоген - 95% O2 и 5% CO2, pH 7.3-7.4. Температура раствора поддерживалась системой термостатирования на уровне 34.3°С. С целью стабилизации состояния до начала электрофизиологического исследования срез не менее 1.5 ч выдерживали в экспериментальной камере при рабочей температуре. Регистрацию суммарной электрической активности из пирамидного слоя поля СА1 гиппокампа проводили стеклянным микроэлектродом (2-4 мОм), заполненным 1 М раствором хлористого натрия. Раздражающие биполярные вольфрамовые электроды ("Science Products GMBH", Германия) устанавливали в радиальном слое на коллатерали Шаффера. Сначала определяли порог ответа и зависимость амплитуды ответа от интенсивности раздражения. Для дальнейшего тестирования срезов использовали силу стимуляции около 40-50% от той, при которой ответ достигал максимальной амплитуды. Стимулы при тестировании предъявлялись с интервалом 30 с. Ответы в опыте усреднялись по два. После определения нормы реакции (около 10 мин) проводилась перфузия L-триптофана путем добавления его в протекающий раствор за 10 мм до входа в камеру таким образом, чтобы действующая концентрация составляла 10 мкМ. Экспериментально была подобрана длительность перфузии в 23 мин, при этом проявлялись все фазы эффекта. Время отмывания составляло не менее 30 мин. Опыты проводились на срезах гиппокампа, взятых у молодых (19-21 дни) и у взрослых животных (40 дней). В ряде опытов в среду добавлялся неспецифический блокатор рецепторов серотонина и частично 5-HT1D

типа Metergoline phenylmethyl ester (фирма Tocris Cookson Ltd, UK) в концентрации 10 мкМ.

Для получения длительной потенциации применялась тетанизация коллатералей Шаффера с частотой 100 имп/с в течение 1 с.

Поставлено 15 основных опытов на молодых животных и 10 - на взрослых. Усреднение проводили по всем срезам обеих групп. Результаты выражены в виде М ± S.E.M. Статистическую обработку проводили в зависимости от задачи с использова-

Время, мин

Рис. 1. Развитие LTP на фоне L-триптофана (10 мкМ).

Черные кружки — контроль, белые кружки — на фоне L-триптофана. Стрелкой показан момент тетанизации 100 имп/с, 1 с. По оси абсцисс отложено время в минутах, по оси ординат — процент прироста амплитуды поп-спай-ков, за 100% взят уровень ответов до тетанизации. Каждая точка есть среднее из двух ответов, усредненное по всем опытам. Вертикальные линии — стандартная ошибка.

нием дисперсионного анали

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком