ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2004, том 54, № 2, с. 202-209
= ПАМЯТИ О.С. ВИНОГРАДОВОЙ
УДК 612.821 + 616.853
ВЛИЯНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ЭПИЛЕПТОГЕНЕЗА НА ПРОЦЕССЫ ПАМЯТИ: РОЛЬ ЛИПИДОВ В МЕХАНИЗМАХ
КОГНИТИВНЫХ НАРУШЕНИЙ
© 2004 г. В. И. Архипов, Т. П. Кулагина*, Н. А. Шевченко
Институт теоретической и экспериментальной биофизики РАН, *Институт биофизики клетки РАН, Пущино, e-mail: arkhipov@iteb.ru Поступила в редакцию 10.10.2002 г.
Принята в печать 28.10.2002 г.
Используя две экспериментальные модели эпилептогенеза у крыс Вистар - пикротоксиновый кинд-линг и введение животным каиновой кислоты - изучали сопутствующие эпилептогенезу нарушения процессов обучения и памяти. Начальные этапы развития эпилептиформной активности характеризовались усилением ориентировочно-исследовательского поведения и снижением способности животных к экспериментальному угашению навыка. Предполагая, что основной причиной отмеченных нарушений является дисфункция височных областей мозга, определяли липидный состав неокортекса и гиппокампа в соответствующие периоды после эпилептогенных воздействий. Отмечены некоторые длительно сохраняющиеся изменения в составе липидов гиппокампа, в частности снижение суммарных фосфолипидов при компенсации эффектов каиновой кислоты вальпроатом натрия. Показано, что после формирования пикротоксинового киндлинга происходит снижение содержания сфингомиелина в гиппокампе, что отражает, по-видимому, развитие компенсаторных процессов в клеточных элементах этой структуры мозга и указывает на адаптивную роль отдельных мембранных липидов в механизмах повреждающих воздействий.
Ключевые слова: каиновая кислота, пикротоксиновый киндлинг, обучение и память, липиды мозга, сфингомиелин.
Influence of Experimental Epileptogenesis on Memory: The Role of Lipids in Cognitive Disordes
V. I. Arkhipov, T. P. Kulagina, N. A. Shevchenko
Institute of Theoretical and Experimental Biophysics, Russian Academy of Sciences;
Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Pushchino
Learning and memory disorders accompanying epileptogenesis were studied in rats with the use of two experimental models of epilepsy, picrotoxin kindling and kainic treatment. Rise of exploratory activity and decrease in animal's capability for exoerimental extinction of a response were characteristic of the initial stage of epileptogenesis. It was suggested that a dysfunction of brain hippocampal system can be responsible for congnitive disorders. To reveal their mechanisms, lipid contents were determined in the neocortex and hippocampus in appropriate periods after exposure to epileptogenic factors. Long-term changes in hippocampal lipid spectrum were found five days after the exposure to kainic acid. In particular, after sodium valproate treatment (the compensation of kainic effects), the total content of phospholipids in hippocampus was decreased. The hippocampal sphingomyelin level dropped as a result of picro-toxin kindling. The sphingomyelin changes suggest some recovery processes in hippocampal cells and point to an adaptive role of membrane lipids in the mechanisms of the damaging epiptogenous effects.
Key words: kainic acid, picrotoxin kindling, learning and memory, brain lipids, sphingomyelin.
Нарушения когнитивных функций и многие формы эпилепсии в клинике нередко наблюдаются вместе. Задача диагностики этих заболеваний, как и обоснованные методы лечения, с учетом механизмов их взаимного влияния в течение ряда последних лет ставится во многих исследованиях [10.27]. Актуальность постановки и решения проблемы эпилептогенеза подкрепляется клиничес-
кими данными, свидетельствующими о том, что исследования памяти могут служить прогностическим фактором для предсказания возникновения парциальной эпилепсии [10]. Исследование вопроса о взаимоотношении механизмов эпилептогенеза и когнитивных функций, несомненно, полезно для обеих областей знания.
Экспериментальные модели эпилепсии на животных хотя и не обеспечивают всего комплекса этиологии и разнообразия синдромов, идентифицированных у человека, дают широкие возможности для изучения клеточно-молекулярных механизмов патологии. Одна из моделей височной эпилепсии состоит во введении животному каиновой кислоты [14, 15, 18, 22, 35]. Этот аналог глутамата является агонистом подгруппы ионотропных глу-таматных рецепторов. Его системное или внутри-мозговое введение вызывает эпилептиформные разряды в области СА3 гиппокампа; судорожная активность затем распространяется на другие структуры, приводя к гибели нейронов [15]. Другой моделью эпилептогенеза, которая была использована в настоящей работе, был фармакологический киндлинг. Киндлинг (раскачка) представляет собой возникновение и постепенное нарастание судорожного синдрома в ответ на подпороговые эпилепто-генные воздействия. Киндлинг вызывает стойкие структурные и функциональные изменения в некоторых областях мозга, в частности в гиппокампе [4, 13], что, несомненно, может повлечь нарушения в процессах обучения и памяти.
Экспериментальные модели эпилептогенеза дали возможность выявить некоторые общие закономерности нарушений памяти у животных, которые сводятся к следующим:
• ретроградные нарушения процессов памяти возникают чаще, чем антероградные (см. обзор [30]) . Наиболее характерными нарушениями долговременной памяти являются дефекты воспроизведения навыков, в то время как выработка новых страдает в меньшей степени [4, 28];
• важными параметрами судорожной активности (по ее влиянию на когнитивные функции и мор-фофункциональное состояние структур мозга) являются число судорожных эпизодов и временные интервалы между ними [24, 32, 34];
• влияние судорожной активности на процессы памяти зависит от возраста животных [25, 35], а также от наличия судорог в раннем возрасте. Показано, например, что навык, нарушенный пенти-лентетразолом, восстанавливается значительно позже у крыс, перенесших фебрильные судороги в раннем возрасте (через 3, 5, 10 дней после рождения), по сравнению с контрольными животными [9];
• нарушения процессов памяти после эпилепто-генных воздействий наблюдаются и в отсутствие спонтанных судорог или заметной гибели нейронов [3, 28, 29, 35].
Ранее нами было показано [3], что после частичного (неполного) пикротоксинового киндлинга характерными нарушениями поведения животных являются ослабление тормозных процессов и усиление исследовательского ориентировочного поведения. Нарушения проявляются при экспери-
ментальном угашении навыка, который вырабатывался до формирования киндлинга. Основные причины когнитивных нарушений, происходящих при эпилептогенезе, как полагают большинство исследователей, заключаются в дисфункции гиппокампа и структур, непосредственно связанных с ним [4, 13, 28]. В основе механизмов отсроченного влияния судорожной активности мозга на память, видимо, лежат морфологические изменения в височных областях мозга, такие как гибель пирамидных клеток в гиппокампе и коре больших полушарий и спрутинг мшистых волокон зубчатой фасции. Однако, как уже подчеркивалось выше, нет однозначной корреляции между нарушениями памяти и судорожной активностью мозга. Так, подавление судорожной активности и предотвращение гибели нейронов не обязательно приводит к улучшению памяти у животных [13]. С другой стороны, компенсация процессов памяти не всегда сопровождается снижением эпилептиформной активности. Примером такого рода может служить работа [29], где клоназепам предотвращал нарушения памяти у крыс, вызванные эпилептическим статусом, при сохранении судорог. Отсутствие корреляции нарушений когнитивных функций с выраженностью судорожной активности показано и при экспериментальном эпилептогенезе у новорожденных крыс [30]. Эти факты указывают на необходимость дальнейшего поиска механизмов нарушений когнитивных функций, сопровождающих эпилептогенез.
Среди нейрохимических механизмов, которые могут быть вовлечены в реализацию повреждающих эффектов эпилептиформной активности, следует обратить внимание на метаболизм мембранных липидов. Об участии липидов мозга в регуляции как процессов памяти, так и эпилептогенеза свидетельствует ряд экспериментальных данных [6, 7, 12, 18, 21]. Они приводят к выводу о динамичной картине изменений фосфолипидов в клетках мозга при различных воздействиях на мозг. В настоящей работе поставлена задача выявления участия липидов мозга в механизмах нарушений процессов памяти на начальных стадиях экспериментального эпилептогенеза.
МЕТОДИКА
Опыты выполнены на крысах-самцах линии Вистар (п = 32) массой 160—180 г. Животных содержали в нормальных условиях со специальным режимом питания в периоды проведения поведенческих экспериментов: кормление раз в сутки во время эксперимента и сразу после его окончания. Тесты были направлены на выявление нарушений отдельных этапов формирования, хранения и воспроизведения навыка.
Выработка навыка. Обучение крыс пищедо-бывательному навыку проводили в специальной
экспериментальной камере со стартовым отсеком и четырьмя целевыми полками, расположенными на разной высоте. Навык вырабатывали в течение 5 дней, в каждый из которых животные совершали по 10 пробежек. За это время крысы обучались совершать их к целевой полке, затрачивая на каждую пробежку менее 10 с. Методические особенности процедуры обучения опубликованы ранее [2]. Крыс после обучения разделили на пять групп, три экспериментальные и две контрольные.
Эпилептогенные воздействия. В работе применяли две модели эпилептогенеза - введение каиновой кислоты и фармакологический киндлинг.
Группа 1 (n = 8). Животным этой группы после завершения обучения вводили каиновую кислоту ("RBI/Sigma", США, 8 мг/кг, внутрибрюшинно); в последующие 4 дня им вводили изотонический раствор хлористого натрия.
Группа 2 (n = 7). Животным после обучения вводили каиновую кислоту (8 мг/кг, внутрибрюшинно), в последующие 4 дня вводили антиконвульсант - натрия вальпроат ("RBI/Sigma", США, 300 мг/кг, внутрибрюшинно, 1 раз в сутки).
Доза каиновой кислоты выбиралась с таким расчетом, чтобы влияние на поведение (по данным литературы и собственным
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.