ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2014, том 454, № 5, с. 606-608
= ФИЗИОЛОГИЯ =
УДК 612.821.6+615.27
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНОГО ДИПЕПТИДА КАРНОЗИНА НА ОБУЧЕНИЕ КРЫС В УСЛОВИЯХ ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ПОДКРЕПЛЕНИЯ
© 2014 г. А. Н. Иноземцев, Д. С. Бережной, Т. Н. Фёдорова, С. Л. Стволинский
Представлено академиком Н.Ф. Мясоедовым 19.04.2013 г. Поступило 25.04.2013 г.
БО1: 10.7868/80869565214050259
Карнозин ф-аланил-Ь-гистидин) был впервые описан в составе мышечной ткани отечественными биохимиками [1]. В организме человека и других млекопитающих он и родственные ему соединения обнаруживаются в больших количествах в скелетных мышцах, сердце, специфических отделах мозга (обонятельной луковице). Карнозин обладает рядом свойств, в том числе антиоксидантной и мембранопротекторной активностью, играющей важную роль в повышении антистрессорной устойчивости [2, 3].
Последнее представляется весьма важным в связи с тем, что развитие окислительного стресса лежит в основе патогенеза нейродегенеративной патологии, в том числе болезней Альцгеймера и Паркинсо-на, ишемии, рассеянного склероза и т. д. [4—7].
Развитие окислительного стресса приводит к функциональным и структурным нарушениям различных биологических компонентов ткани мозга. Особой чувствительностью к повреждающему воздействию активных форм кислорода отличаются полиненасыщенные жирные кислоты, входящие в состав мембранных структур клеток, что обусловлено низкой активностью системы ан-тиоксидантной защиты в мозгу и наличием ионов металлов с переменной валентностью. В свою очередь, продукты, образующиеся в результате сво-боднорадикальных реакций перекисного окисления липидов, являются высокотоксичными и также вызывают клеточную гибель. Истощение эндогенной системы антиоксидантной защиты приводит к развитию окислительного стресса и делает необходимым применение в этих условиях препаратов антиоксидантного действия.
На различных экспериментальных моделях заболеваний ЦНС (острая гипобарическая гипоксия, глобальная и очаговая ишемия головного мозга,
Московский государственный университет
им. М.В. Ломоносова
Научный центр неврологии
Российской академии медицинских наук,
Москва
паркинсонизм) показано, что карнозин препятствует развитию окислительных повреждений в ткани мозга, усиливая эффективность эндогенной системы защиты от окислительного стресса [5, 8]. В условиях гипергомоцистеинемии (экспериментальная модель пренатальной гипергомоцистеинемии у крыс), когда страдают и когнитивные функции мозга, внесение карнозина в диету животных приводит к значительному улучшению процессов обучения и запоминания информации [9].
Введение карнозина животным, испытывающим воздействие повреждающих факторов, обеспечивает снижение смертности, улучшение физиологических характеристик и неврологического статуса, а также способствует сохранению навыков, приобретенных до ишемического повреждения мозга [10].
В связи с этим представляло интерес оценить влияние карнозина на обучение и память животных при отрицательном подкреплении, сопряженном с электроболевым стрессом.
Работа выполнена на 33 самцах белых нелинейных крыс, массой тела 250—300 г. У животных через день в течение 8 опытов (20 предъявлений стимулов в опыте) вырабатывалась реакция избегания в челночной камере. Камера была оборудована электрифицированным полом и разделена на два одинаковых отсека перегородкой с отверстием. Опыт проводили по следующей схеме: в отсек, в котором находилось животное, подавали условный раздражитель (10 с, свет), а через 10 с к нему добавлялось действие безусловного раздражителя (10 с, электрический ток). При переходе животного в противоположный отсек камеры стимулы выключали, после чего следовал 30 секундный межстимульный интервал. Условной реакцией избегания считали переход животного в противоположный отсек в ответ на условный раздражитель. В поведении животных регистрировали реакции избегания, избавления (перехода в ответ на ток) и межстимульные реакции (переходы в межстимульный период).
Животным опытной группы каждый день за час до эксперимента внутрибрюшинно вводили карнозин в дозе 100 мг/кг (17 животных). Кон-
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНОГО ДИПЕПТИДА КАРНОЗИНА
607
Реакция избегания, %
Рис. 1. Динамика выработки реакции активного избегания в челночной камере у экспериментальных животных (М ± т).
По оси абсцисс (здесь и на рис. 2) — последовательные дни опытов, по оси ординат — количество реакций избегания (в % от числа проб в опыте). Черная сплошная линия — контрольная группа, пунктирная линия — группа, получавшая карнозин. Круглый маркер на соответствующем графике — проявление реакции избегания сразу в опыте (пробы 1 и 2), квадратный маркер — проявление реакции избегания три раза подряд. * р < 0.05 по критерию Манна—Уитни.
трольной группе (16 животных) вводили эквивалентный объем физиологического раствора.
В качестве основного параметра обучения было принято количество реакций избегания в процентах от числа предъявлений в опыте. За устойчивое воспроизведение навыка принимали избегание на уровне 75% от числа предъявлений в опыте, уровень от 50 до 75% отражал неустойчивость навыка; животных, не достигавших 50%, считали необучившимися. Кроме того, использовали дополнительные критерии для характеристики обучения и памяти у животных. В качестве проявления памятного следа, сформированного в предыдущем опыте, рассматривали реакцию избегания в первой-второй пробах следующего опыта. Также регистрировали повторение 3 реакций избегания подряд в опыте. Достижение указанных критериев отмечено маркерами на графиках.
Данные на рисунках и в тексте представлены в виде среднего значения ± стандартная ошибка среднего. При статистическом анализе использовали тест Фишера для дисперсий, критерий согласия частот Пирсона при сравнении показателей животных подопытных и контрольных групп, тест Манна—Уитни для оценки различий между двумя независимыми выборками.
Полученные в наших опытах результаты выявили эффект ускорения процесса обучения под влиянием карнозина, что выразилось в отличающейся от контроля динамике выработки реакции избегания (рис. 1). Число реакций избегания по-
Рис. 2. Внутригрупповая дисперсия значений реакции избегания в ходе обучения у экспериментальных животных.
По оси ординат — дисперсия числа реакций избегания. Черная сплошная линия — контрольная группа, пунктирная линия — крысы, получавшие карнозин. * р < 0.05 по критерию Фишера, ■ р < 0.08.
сле 4-го опыта превышало контрольные величины, достигая статистически значимого уровня в 5-м и 8-м опытах. Увеличению уровня избегания в опыте 5 предшествовало повышение внутриг-рупповой дисперсии, достигшее в опыте 2 уровня, достоверно отличающегося от контроля (рис. 2). Учитывая ранее полученные данные об увеличении дисперсии под влиянием улучшающих обучение препаратов [11], повышение гетерогенности поведения на фоне карнозина может быть рассмотрено как один из факторов, обусловивших положительный эффект препарата.
Подробный анализ обучения выявил различие между группами уже в первом опыте. Животные, получавшие карнозин, были более активны при первом попадании в экспериментальную установку, совершая в среднем 7.9 ± 0.9 межстимульных реакций по сравнению с контролем (4.5 ± 0.5; р = 0.0024); у 94% животных проявлялась первая реакция избегания, в отличие от контроля, где число таких животных было меньше 65% (р = 0.008). Согласно ранее полученным данным, увеличение межсигнальных реакций на начальном этапе обучения коррелирует с уровнем избегания [12].
В опыте 3 реакция избегания воспроизводилась у животных, получавших карнозин, и контрольных животных в первой—второй пробах опыта, что расценивается нами как проявление следа памяти, сформированного в прошлом опыте (рис. 1, см. маркёры). Воспроизведение реакции избегания 3 раза подряд проявляется у животных обеих групп одновременно в опыте 4 (рис. 1, см. маркёры). Различия между группами проявились в устойчивом воспроизведении реакции избегания на уровне 75%: в опыте 5 41% животных, получавших карнозин, достигают поставленного
608
ИНОЗЕМЦЕВ и др.
Не обучились
Навык не устойчив
Навык устойчив
Контроль
13 12
шш Щ23*||
/
У/////////^, / 65 *
33
Карнозин
%
100 80 60 40 20 0
Рис. 3. Результаты обучения в челночной камере у экспериментальных животных в опыте 8.
По оси ординат — количество животных в процентах от общего числа в группе. Незаштрихованная область — животные, достигшие критерия, равного 75% реакций избегания в опыте; косая штриховка — животные, вероятность избегания у которых находилась в пределах от 50 до 75%; серым цветом выделены животные, которые не обучились. *р < < 0.05 по критерию согласия частот.
критерия, в то время как в контроле — только 6% (£ = 2.75, р = 0.006).
Качественный анализ результатов к концу обучения показал, что только 33% животных контрольной группы достигли 75% критерия устойчивого воспроизведения (рис. 3), в то время как на фоне введения карнозина этого критерия достигли 65% животных (р = 0.02).
В результате проведенного исследования можно сделать вывод о потенцирующем действии кар-нозина на обучение в модели электроболевого стресса. На начальном этапе после введения кар-нозина мы наблюдали увеличение количества межстимульных реакций, свидетельствующее об усилении ориентировочно-исследовательской активности, и ускорение первого проявления реакции избегания. Положительный эффект карнози-на сказался также на формировании устойчивого воспроизведения навыка в виде достижение критерия избегания, равного 75%.
Поскольку основную физиологическую роль карнозина связывают с его антиоксидантными свойствами [10, 13], можно предположить, что его активирующее влияние обусловлено протек-тивным действием на нервную ткань в условиях электроболевого стресса. Это особенно важно в первом опыте в связи с более частым воздействием тока. Общее буферное действие карнозина и нормализация метаболизма в нервной ткани [14] могут в таких условиях выражаться в увеличении ее функциональных возможностей. Существует предположение о модулирующем воздействии карнозина на гипоталамо-гипофизарную систему, приводя
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.