ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2011, том 61, № 3, с. 377-382
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПАТОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
УДК 612.821.6
ГАМКЕРГИЧЕСКАЯ МОДУЛЯЦИЯ ОСЦИЛЛЯТОРНОЙ АКТИВНОСТИ В МЕДИАЛЬНОЙ СЕПТАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ЭПИЛЕПСИИ
© 2011 г. А. Е. Мальков, И. Ю. Попова
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, Пущино, Пущинский государственный университет, e-mail: I-Yu-Popova@yandex.ru Поступила в редакцию 19.05.2010 г. Принята в печать 20.12.2010 г.
На переживающих срезах мозга здоровых морских свинок и животных с моделью хронической височной эпилепсии проведено сравнительное исследование ГАМКергической модуляции осцилля-торной активности нейронов в медиальной септальной области. В обеих группах животных при действии ГАМК залповая активность сохранялась только у пейсмекеров. При эпилепсии резко усиливалась эффективность воздействий ГАМК на ритмические нейроны. В контроле при действии ГАМК у сохраняющих осцилляторную активность клеток частота залпов существенно снижалась, а в эпилептическом мозге она резко повышалась. Блокада ГАМКергических рецепторов выявила нарушение тонических ГАМКергических внутрисептальных влияний и существенное снижение эффективности блокаторов при эпилепсии. В работе впервые продемонстрировано нарушение функционирования септальной ГАМКергической системы при височной эпилепсии, что является возможной причиной резкого изменения осцилляторных свойств септальных нейронов. Данные вносят вклад в понимание механизмов развития височной эпилепсии.
Ключевые слова: модель височной эпилепсии, септум, ГАМКергическая система, тета-актив-ность, эндогенные пейсмекеры, in vitro.
GABAergic Modulation of the Oscillatory Activity in the Medial Septal Area during Epilepsy
A. E. Malkov, I. Yu. Popova
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino,
Pushchino State University, e-mail: I-Yu-Popova@yandex.ru
On brain slices from healthy guinea pigs and animals with a model of chronic temporal lobe epilepsy, a comparative study of GABAergic modulation of oscillatory activity of neurons in the medial septal area was carried out. Under the action of GABA, burst activity persisted only in pacemakers in both groups of preparations. In epilepsy, the effectiveness of GABA action on the rhythmic neurons sharply increased. In the control group, GABA significantly reduced bursts frequency in cells preserving their oscillatory activity, whereas in slices from the epileptic brain burst frequency increased under the action of GABA. Blockade of GABAergic receptors led to a disruption of tonic GABAergic intraseptal influences and to a significant decrease in the effectiveness of blockers in epilepsy. The study was the first to demonstrate a dysfunction of the septal GABAergic system in temporal lobe epilepsy, which is a possible cause of a sharp change in the oscillatory properties of septal neurons. These findings contribute to elucidation of the mechanisms of temporal lobe epilepsy.
Keywords: model of temporal lobe epilepsy, septum, GABAergic system, theta activity, endogenous pacemakers, in vitro.
Большой интерес для понимания механизмов височной эпилепсии представляет изучение медиальной септальной области мозга (МС) — пейсмекера гиппокампального тета-ритма [11, 12]. Исследования в этом направлении указывают на протекторную роль тета-ритма при эпилепсии [2, 7, 8]. Однако клеточные механизмы функционирования МС и генерации гиппокампального тета-ритма при височной эпилепсии практически не исследованы. МС выполняет функции пейсмекера те-та-ритма благодаря наличию нейронов с эндогенной активностью, разряжающихся в диапазоне тета-частот и являющихся уникальной характеристикой этого отдела мозга [12, 13]. В связи с этим осцилляторная активность в МС представляет особый интерес при изучении механизмов эпилептогенеза.
В предыдущей статье [1] мы показали резкое усиление клеточных осцилляций и общего уровня нейронной активности в МС в эпилеп-тизированном мозге, что указывает на ослабление тормозных процессов, осуществляемых ГАМКергической системой МС [5, 6], и реорганизацию внутрисептальных связей. Поскольку ГАМКергическая система играет ключевую роль во внутрисептальной синхронизации и генерации тета-ритма в гиппокампе [14, 15], весьма актуальным является изучение ГАМКергической модуляции осцилляторной активности септальных нейронов при эпилепсии. Целью настоящей работы являлось исследование изменений ритмической залповой активности нейронов МС при усилении и блокаде ГАМКергических влияний в септальных срезах, взятых из мозга животных с каиновой моделью височной эпилепсии.
МЕТОДИКА
Эксперименты проводили согласно этическим нормам обращения с животными [Ехре-пепИа. 1995. 51: 1—5] и нормативным документам Европейского научного фонда. Использовали две группы морских свинок (масса 600—700 г): здоровых (п = 5) и эпилеп-тизированных (п = 6). Модель височной эпилепсии создавали путем инъекции в правый вентральный гиппокамп каиновой кислоты (КК, 0.6 мкг/0.3 мкл) через имплантированную направляющую канюлю. Для контроля развития эпилепсии в поле СА1 левого гиппо-кампа имплантировали монополярный ЭЭГ-электрод (А = 6.6, Ь = 3.0, к = 5.0). Повышение частоты и амплитуды иктальных спайков
на ЭЭГ являлось показателем эпилептогенеза. Через 3 мес. после инъекции КК морских свинок с хронической височной эпилепсией брали в эксперимент in vitro для внеклеточной регистрации спонтанной активности нейронов МС на срезах мозга. Изготовление и инкубацию срезов, а также регистрацию нейронной активности проводили по стандартным методикам [9]. Спонтанные разряды нейронов МС в срезах мозга регистрировали в следующих условиях: 1) в контроле; 2) при аппликации ГАМК (5 мМ, "Sigma", USA); 3) в условиях блокады ГАМКа- и ГАМКБ-рецепторов (пик-ротоксином, 5 мМ, и факлофеном, 2 мМ, "Sigma"); 4) при аппликации ГАМК на фоне блокаторов; 5) в среде с пониженным содержанием CaCl2. Все вещества растворяли в инкубационной среде, подавали в течение 4 мин и отмывали 10 мин. Одновременная блокада ГАМКа- и ГАМКБ-рецепторов позволяла полностью блокировать всю ГАМКергическую трансмиссию в МС. Инкубационный раствор с пониженным (до 0.2 мМ) содержанием CaCl2 и с повышенным (до 8 мМ) содержанием Mg2SO4 использовали для блокады синаптиче-ской передачи и выявления пейсмекерного потенциала нейронов. Регистрацию и обработку нейронной активности проводили с помощью программы Rabbit Commander. Уровень и паттерн разрядов оценивали с помощью гистограмм межимпульсных интервалов, залповые разряды — при помощи автокорреляционных функций и функций спектральных плотностей; оценивали также частоту залпов, их длительность и число спайков в залпе. Различия параметров нейронной активности в контроле и при эпилепсии определяли с использованием критерия Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Контрольные животные
В этой группе было зарегистрировано 43 спонтанно-активных нейрона МС. Наличие ритмических залпов в активности было выявлено у 9.3% нейронов (N = 4), остальные клетки разряжались одиночными регулярными (55.8%, N = 24) или нерегулярными (34.9%, N = 15) спайками. Частота залпов составляла 1.1 ± 0.26 Гц (диапазон от 0.58 до 1.71 Гц). При блокаде синаптической передачи у 2 залповых клеток активность сохранялась, кроме того, несколько клеток с одиночными регулярными (N = 4) и нерегулярными (N = 3) разрядами переходили на залповый
ГАМКЕРГИЧЕСКАЯ МОДУЛЯЦИЯ ОСЦИЛЛЯТОРНОИ АКТИВНОСТИ
379
я Г
<ч о с ч
св т т Н О
н о св
4 -
I I Контроль Эпилепсия
Фоновая активность
ГАМК
Блокаторы
ГАМК на фоне блокаторов
Рис. 1. Изменение частоты залповых разрядов при воздействиях на ГАМКергическую трансмиссию в контроле и при эпилепсии. Достоверность различий между двумя группами животных обозначена звездочкой (p < 0.05 согласно групповому тесту Стьюдента).
Fig. 1. The change of bursts frequency during manipulations with GABAergic transmission in the control and epileptic group; significance of differences between two groups of animals is marked by asterisk (p < 0.05 according to t-test).
6
2
0
режим, что указывает на эндогенную природу их разрядов. Таким образом, общее число эндогенных залповых пейсмекеров в МС составляло 9 из 43 нейронов (20.9%).
Аппликация ГАМК вызывала подавление осцилляторной активности в МС (рис. 1). Общее число клеток с залповой активностью сокращалось вдвое (Ы = 2), а средняя частота залпов снижалась до 0.19 ± 0.01 Гц (р < 0.05). Следует отметить, что при действии ГАМК 3 из 4 исходно залповых клеток переходили на не-залповый режим, а у одного нейрона с нерегулярной активностью появлялись залпы. Интересно, что нейроны, проявляющие залповый паттерн при действии ГАМК, являлись эндогенными пейсмекерами (рис. 2).
Блокада ГАМКа- и ГАМКБ-рецепторов приводила к резкому увеличению числа нейронов с залповой активностью (Ы = 9), при этом частота залпов не изменялась по сравнению с контролем и составляла 1.11 ± 0.26 Гц (рис. 1). Увеличение числа залповых клеток происходило за счет вовлечения в осцилля-торную активность нейронов с нерегулярным паттерном активности.
Аппликация ГАМК в условиях блокады ГАМКергических рецепторов приводила к повышению вдвое числа нейронов с залповой активностью (Ы = 8) по сравнению с фоновым значением, средняя частота разрядов при этом не изменялась (1.23 ± 0.26 Гц; рис. 1).
Это происходило за счет вовлечения в залповую активность нейронов с нерегулярными разрядами. Таким образом, блокаторы полностью снимали действие ГАМК на ритмическую активность нейронов МС.
Животные с моделью височной эпилепсии
В срезах мозга с височной эпилепсией было зарегистрировано 48 нейронов МС. По паттерну разрядов нейроны были разделены на три группы: с залповой (25%, N = 12), с одиночной регулярной (45%, N = 21) и с нерегулярной активностью (30%, N = 15). Таким образом, при эпилепсии существенно возрастало число нейронов со спонтанными залповыми разрядами по сравнению с контролем. Залпы следовали с частотой 1.52 ± 0.34 Гц (диапазон от 0.11 до 3.53 Гц). При блокаде синаптической передачи часть залповых ней
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.