ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2012, том 62, № 4, с. 453-464
ФИЗИОЛОГИЯ ПОВЕДЕНИЯ; ^^^^^^^^^^^^ ОБУЧЕНИЕ И ПАМЯТЬ
УДК 616.45001.1/.3:616.7]:599.323.4:616.89
ВЛИЯНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ НЕЙРОМЕДИАТОРНЫХ И ПЕПТИДЕРГИЧЕСКОЙ СИСТЕМ МОЗГА НА ЦИРКАДИАННЫЕ
РИТМЫ И ПОВЕДЕНИЕ КРЫС
© 2012 г. Е. В. Кравченко, Л. М. Ольгомец
Государственное учреждение Научно-производственный центр Институт фармакологии и биохимии НАН
Беларуси, Минск, e-mail: lnvlrvn@rambler.ru, lyubsik@tut.by Поступила в редакцию 30.09.2011 г. Принята в печать 29.02.2012 г.
Работа посвящена изучению влияния изменений состояния ряда нейромедиаторных и пепти-дергической систем мозга на циркадианные ритмы и поведение крыс. В опытах на крысах SHR дипептидный фрагмент окситоцина пролил-лейцин корригирует индуцированные "инъекционным" стрессом нарушения циркадианных ритмов подвижности; у крыс SHR и WKY препятствует дизритмиям, развившимся на фоне применения модуляторов холинергической и глута-матергической нейротрансмиттерных систем; у особей SHR предотвращает когнитивные нарушения, вызванные депривацией парадоксальной фазы сна.
Ключевые слова: двигательная активность, пролил-лейцин (ИФБ-30), скополамин, ареколин, МК-801, биологические ритмы, крысы.
Influence of Changes in the State of Brain Neurotransmitter and Peptidergic Systems
on Circadian Rhythms and Behavior of Rats
E. V. Кravchenko, L. M. Olgomets
Institute of Pharmacology and Biochemistry, National Academy of Sciences, Belarus, Minsk,
e-mail: lnvlrvn@rambler.ru
The influence of changes in the state of a number of neurotransmitter and peptidergic brain systems on the circadian rhythms and behaviour of rats was studied. Prolylleucine (oxytocine dipeptide fragment) eliminates disorders of circadian motility rhythm in SHR rats induced by "injection" stress, impedes dysrhythmias caused by application of cholinergic and glutamatergic modulators in SHR and WKY rats, and prevents cognitive disorders in SHR rats produced by REM sleep deprivation.
Keywords: motor activity, prolylleucine (IFB-30), scopolamine, arecoline, МК-801, biological rhythms, rats.
Биологические ритмы, выполняющие адаптивную функцию, приурочивают жизнедеятельность к наиболее благоприятному времени суток, обеспечивают четкую смену процессов "сон/бодрствование". В результате воздействий повреждающих факторов возможно развитие десинхроноза — нарушений параметров отдельных биоритмов, рассогласования фазовых взаимоотношений между различными биоритмами внутри организма и между ритмами организма и циклическими факторами внешней среды. Деменции, в том числе бо-
лезнь Альцгеймера (БА), вызывают прогрессирующую дезорганизацию биологических ритмов — задержки фаз циркадного цикла, сон в дневное время, беспокойство в ночное время, изменения структуры ночного сна, укорочение медленного сна, ЯБМ-фазы, учащение пробуждений, повышение ночной локомоторной активности [3].
Сдвиги циркадианных ритмов связывают с изменениями в функционировании нейротрансмиттерных систем (в том числе холинергической и глутаматергической [16]). Ацетил-
холин играет ключевую роль в регуляции связей неокортекс/гиппокамп [16], осуществляет приоритетную роль в осуществлении когнитивных функций (память и обучение), участвует в регуляции движений, в осуществлении ретикулярной формацией контроля за ритмом сон—бодрствование [3, 16]. Глутаматергиче-ская система, дисфункция которой играет одну из ведущих ролей в развитии БА [13], тоже участвует в организации ритмических процессов: ^метил^-аспартатные (NMDA) рецепторы вовлечены в регуляцию ритмов активности, протекающую с участием клеток супрахиазматического ядра (СХЯ); описана активация высвобождения глутамата через проекции ретино-гипоталамического тракта в СХЯ при попадании света на сетчатку глаза [15].
В связи со сказанным выше актуален поиск лекарств, влияющих на холин- и глутама-тергическую нейротрансмиссию, корригирующих как дизритмию, так и когнитивную патологию при деменции. Гормон эпифиза мелатонин обладает хронотропным [3] и но-отропным [1] действием, клинически эффективен при нарушениях биоритмов [3] у пациентов с БА, однако не лишен побочных эффектов и противопоказаний, ограничивающих сферу его применения.
Эпифиз наряду с гипоталамо-гипофизар-ным комплексом играет важную роль в осуществлении приспособительных реакций организма к изменяющимся условиям внешней и внутренней среды. В эпифизе крысы обнаружены вазопрессин- и окситоцин-иммуно-реактивные волокна [17]. Полагают, что ок-ситоцин принимает опосредованное через эпифиз участие в формировании стрессорно-го ответа организма [6]. Учитывая ключевую роль стресса в развитии дизритмий [2], можно предположить участие окситоцина и его активных фрагментов в регуляции биоритмов. Активный фрагмент окситоцина про-лил-лейцин (ИФБ-30) обладает хронотропным [7] и ноотропным действием [8—10]. Так, ИФБ-30 предотвращает торможение привыкания, индуцируемого скополамином у крыс ^^аг [10], и улучшает неассоциативное обучение у крыс ЗИЯ, характеризующихся нарушениями холин- и глутаматергической ней-ротрансмиссии [19, 22].
Целью исследования является изучение возможного корригирующего влияния ИФБ-30 на обусловленную стрессом дизритмию и вызванные депривацией парадоксальной фа-
зы сна (ДПФС) когнитивные нарушения, а также оценка нейромедиаторных механизмов его действия.
МЕТОДИКА
Экспериментальные животные. Использованы половозрелые крысы-самцы — инбред-ные SHR и WKY, аутбредные Wistar в возрасте 2—3 мес. (масса тела 160—300 г), выращенные в питомнике отдела биомоделей ИФБ НАН Беларуси. Ядро линейного стада SHR и WKY получено из филиала "Столбовая" ГУ НЦБТ РАМН. Опыты проводили с соблюдением принципов гуманности, изложенных в Директивах Европейского Сообщества (86/609/ЕС). Протоколы работы с животными разработаны и утверждены в ИФБ НАН Беларуси.
Оценка циркадианныхритмов двигательной активности в экспериментах 1—3. В качестве базисных критериев использовали показатели горизонтальная двигательная активность (ГДА) (эксперименты 1—3, см. ниже) и вертикальная двигательная активность (ВДА) (эксперименты 1, 3, см. ниже), регистрировавшиеся автоматически в многоканальном актометре "Универсал 22-32" собственного изготовления с горизонтальными и вертикальными инфракрасными сенсорами, вмонтированными в стенку боксов размером 32 х 22 х 19 см (система экспериментальных установок, объединенных беспроводной сетью передачи данных, работающая под управлением ПЭВМ; разрешение сетки сканирования — 12 х 8; шаг сетки — 2.54 см, периодичность съема информации — 0.1 с.). Опыты проводили в феврале—мае в условиях фиксированной продолжительности смены "дня"/"но-чи" (07:00-19:00 - "день", 19:00-07:00 -"ночь"), актометрию начинали днем - в 15:00 (эксперименты 1, 2) или в 13:00 (эксперимент 3). Использовали пакет программ "Mouse Statistic", описанный, как и условия эксперимента, ранее [11]. При обработке полученных результатов сопоставляли хронограммы ГДА и ВДА. Посредством компьютерной программы методом косинор-анализа для средних синусоид определяли основные параметры ритмов: амплитуду ритма (A), ак-рофазу (астрономическое время наступления максимума функции ф) и мезор - величину среднего уровня синусоиды (MESOR - Mid-line-estimating Statistic of Rhythm, h), а также иные параметры, необходимые для построения эллипсов ошибок [5]. Наличие или отсут-
ствие достоверных суточных или ультради-анных ритмов определялось графически с использованием программы CorelDRAW 12: существование ритмов считали доказанным, если эллипс ошибок не перекрывал начало системы координат.
Межлинейные различия биоритмов активности. В эксперименте 1 при выборе экспериментальной модели ("объекта") для оценки эффектов ИФБ-30 сопоставляли особенности биоритмов горизонтальной и вертикальной двигательной активности у интактных крыс SHR (группа 1, n = 20), WKY (группа 2, n = 7, используемые в качестве контроля к SHR [21]) и Wistar (группа 3, n = 20).
Спонтанно гипертензивные инбредные крысы SHR известны как "экспериментальная модель" ряда патологических состояний центральной нервной системы (ЦНС) — дефицит внимания, импульсивность и гиперактивность [21, 27, 28], нарушения неассоциативного обучения [18] и сниженный уровень устойчивости к стрессу по сравнению с ин-бредными особями WKY (обычно используемыми в качестве контроля в опытах на спонтанно гипертензивных крысах) [25]. Учитывая ключевую роль стрессирующих воздействий [2] в формировании дизритмий, запись хронограмм осуществляли в условиях "стресса новизны" (стресса, вызванного помещением в новую, незнакомую обстановку после перемещения животных из "домашней клетки" в бокс со свежей подстилкой).
Данные формирования групп в этом и других экспериментах, описанных в настоящей статье, приведены в табл. 1.
Изучение хронофармакологического действия ИФБ-30. В эксперименте 2 оценивали особенности десинхроноза у крыс SHR после "инъекционного стресса" [2]. Известно, что инвазив-ная процедура введения ("инъекционный стресс") существенно влияет на циркадианные ритмы подвижности грызунов [2], при этом для возникновения дизритмии у генетически предрасположенных особей (грызунов) достаточно трех инъекций [12]. ИФБ-30 или растворитель (здесь и далее — вода дистиллированная) вводили внутрибрюшинно (в/б) — 21 введение, в режиме 5 дней в неделю (табл. 1), последнее введение осуществляли за 30 мин до записи хронограммы. Высадку крыс в камеры актометров осуществляли поодиночке в дневное время (14:30), немедленно начинали автоматическую запись подвижности
посредством ПЭВМ (программа "Mouse Statistic"). Общая продолжительность эксперимента составила 32 дня. Крысы группы 1 (n = 9) были интактными, животным группы 2 вводили растворитель (n = 9), особям группы 3 (n = 7) — ИФБ-30 (здесь и далее — пролил-лейцин, "Sigma", США, серия 1401838) в дозе 0.5 мг/кг.
Изучение нейротрансмиттерных механизмов действия ИФБ-30 (фармакологическим методом). Использовали фармакологические анализаторы фирмы "Sigma": блокатор м-холинорецепторов — скополамин (серия 076k1362); агонист холинергической нейро-медиаторно
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.