НЕЙРОХИМИЯ, 2007, том 24, № 1, с. 41-51
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РАБОТЫ
УДК 577
ИЗОЛИРОВАННОЕ И СОЧЕТАННОЕ ВЛИЯНИЕ ГАМК, ГАМК-АМИДА, ГЛЮТАМИНА И ЭТАНОЛАМИН-О-СУЛЬФАТА НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ОДИНОЧНЫХ ЦЕНТРАЛЬНЫХ НЕЙРОНОВ
© 2007 г. Р. Г. Камалян1*, Д. С. Саркисян1' 2, А. А. Галоян1, В. А. Чавушян1' 2, М. К. Манучарян1, М. В. Погосян2, 3. Э. Авакян2, О. В. Геворкян2, С. А. Казарян3
1Институт биохимии им. Г.Х. Бунятяна HAH РА, Ереван, РА 2Институт физиологии им. Л.А.Орбели HAH РА, Ереван, РА 3Институт тонкой органической химии им. АЛ. Мнджояна HAH РА, Ереван, РА
В условиях длительной регистрации исследовали действия ГАМК, ГАМК-амида, глютамина и эта-ноламин-О-сульфата (ЭОС) на электрическую активность одиночных нейронов ретикулярного, компактного и латерального отделов черной субстанции (ЧС), вызванную стимуляцией хвостатого ядра. В аналогичных экспериментальных условиях изучали воздействие тех же препаратов на спай-ковую активность одиночных нейронов спинного мозга (CM) при раздражении супраоптического и паравентрикулярного ядер гипоталамуса. Получено характерное во времени и интенсивности торможение постстимульных проявлений активности нейронов под воздействием ГАМК, более выраженное в ЧС. Выявлен первоначальный стимулирующий эффект глютамина и последующее инги-бирующее действие глютамина в комбинации с ЭОС. Торможение активности нейронов ЧС под действием ГАМК-амида характеризовалось некоторым запаздыванием во времени. В нейронах СМ, в связи с относительным дефицитом постсинаптических ГАМКергических тормозных процессов, под воздействием ЭОС получен менее выраженный эффект кумуляции ГАМК по сравнению с ЧС. Под действием ГАМК-амида происходило более длительное по сравнению с ЧС подавление постстимульной активности нейронов СМ с резко выраженным последующим возбуждением.
Ключевые слова: нейрональная активность, черная субстанция, спинной мозг, хвостатое ядро, ядра гипоталамуса, ГАМК, этаноламин-О-сульфат, глютамин.
Система глютамин-глютаминаза рассматривается как основной генератор нейротрансмиттер-ных аминокислот, глутамата и ГАМК, осуществляющих подавляющую часть нейротрансмиссии в ЦНС. Была выдвинута гипотеза о возможности альтернативного пути образования ГАМК из глу-тамина, минуя стадию генерации экситотоксич-ного глютамата [1-3]. Предпосылка гипотезы -данные об отсутствии влияния ингибирования фосфатактивируемой глютаминазы (ФАГ) на выход ГАМК из меченого глутамина в препаратах коры мозга [1, 2, 4], несравненно большем выходе CO2 из 14С-глютамина, чем 14С-глютамата в микродиффузионных опытах на гиппокампе [5] и обнаружении амида ГАМК в коре мозга крыс [3, 6]. Наличие последнего в мозге позволило предположить, что наблюдаемое в опытах ряда авторов несоответствие между повышением концентрации ГАМК при введении крысам ингибиторов ГАМК-трансаминазы (ГАМК-Т) и регистрируе-
* Адресат для корреспонденции: 375014, Ереван ул. Севака, 5/1, Тел: (374-1) 281 840; факс: (374-1) 151 048; e-mail: galoy-an@sci.am
мым противосудорожным их действием [7] объясняется различием в тормозных эффектах ГАМК и его амида.
Учитывая вышесказанное и важную роль аминокислотных нейромедиаторов в процессах ней-ро-глиального взаимодействия, интеграции энергетических и информационных путей, нейрональ-ной пластичности в норме и патологии [8-15], нами была предпринята попытка исследовать электрофизиологические эффекты системного введения аминокислот семейства глютамина, а также синтезированного амида ГАМК.
В свою очередь, из основных тормозных ней-ропередатчиков ГАМК обнаружен фактически во всех отделах мозга, в то время как глицин выявлен преимущественно в каудальных его отделах, спинном мозге (СМ) и ретине [16, 17]. Более того, большинство ГАМКергических синапсов распределены в локальных кругах интернейронов [18, 19] или в клетках Пуркинье мозжечка и проекционных нейронах системы базальных ганглиев, связывающих стриатум с бледным шаром (БШ) и черной субстанцией (ЧС), а также БШ с
ретикулярным отделом ЧС и другими отделами мозга [17].
Однако, несмотря на многочисленные нейрохимические, иммуноцитохимические и электрофизиологические исследования, создавшие возможность клонирования рецепторов, транспортеров и энзимов, ответственных за синтез ГАМК, серьезная проблема различной эффективности ГАМК в различных отделах мозга до сих пор не раскрыта во всех деталях, и что особенно важно, наряду с ингибированием, в определенных условиях ГАМК может проявлять и возбуждающее действие [17].
Таким образом, продолжает оставаться актуальным сравнительное исследование особенностей реакции нейронов головного и спинного мозга на введение нейротрансмиттерных аминокислот. Это представляет в настоящее время особый интерес для нейропсихофармакологов, ибо большинство психоактивных средств, которые повышают или уменьшают возбудимость ЦНС, контролируются ГАМКергической или глицинергической нейротрансмиссией [16]. Наконец, в современных исследованиях достаточное место отводится системному введению различных медиаторов, с целью их научного и терапевтического использования [20-22].
В настоящем исследовании с помощью системного изолированного и комбинированного введения ГАМК, ГАМК-амида, глютамина и этанол-амин-О-сульфата (ЭОС) исследовали их воздействие на электрическую активность одиночных нейронов ретикулярного, компактного и латерального отделов черной субстанции SNc и SNl соответственно), вызванную стимуляцией хвостатого ядра (ХЯ), и активность нейронов СМ на раздражение супраоптического ^О) и пара-вентрикулярного (РУ) ядер гипоталамуса, а также N. ischiadicus (I). Предусматривается оценка их результирующего влияния на активность нейронов отмеченных структур-мишений.
В задачу изучения не входило исследование изменения особенностей тормозной передачи в конкретном ГАМКергическом пути, а также в источнике и мишени в отдельности. Нами преследовалась единственная цель получения идентичного конечного результата, присущего препарату (например, возбудительного в случае глютамина -предшественника глютамата или тормозного -ГАМК) и не исключающего как прямых, так и сложных опосредованных путей проведения эффекта. В последующей работе это позволит наметить использование указанных препаратов для оценки динамики ожидаемых эффектов протекции (в комбинации с биомодуляторами - нейро-гормонами и змеиными ядами) на определенных моделях нейродегенеративных заболеваний.
Это побудило к привлечению системного введения использованных медиаторов, без которого не исключены трудности в оценке и усилении протекторных эффектов системно вводимых биомодуляторов с возможной их комбинацией в аналогичных экспериментальных условиях. Помимо этого, нами предпринята попытка разработки удобной модели, которую можно было бы использовать в экспериментах на моделях нейродегенеративных заболеваний, связанных с изменениями активности указанных медиаторов. В частности, выбор ЧС обусловлен относительно большим содержанием в ретикулярном ее отделе ГАМКергических нейронов и глютаматергиче-ских входов и предусматривает последующие исследования на модели болезни Паркинсона. В сравнительном аспекте представляло интерес также изучение нейронов См с целью дальнейшего аналогичного применения отмеченных препаратов при нейродегенерации травматического происхождения с учетом отличительных особенностей их эффектов на данном уровне.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперименты проводили на 20 зрелых разнополых крысах линии Альбино (200-300 г). В целом зарегистрировано 135 нейронов, из коих 69 в норме и 62, подверженных длительному (от десятков до сотен мин) воздействию ГАМК -5 мг/кг в 0.5 мл, ГАМК-амида - 4.5 мг/кг в 0.1 мл, ЭОС - 2.5 мг/кг в 1 мл, глютамина - 2.5 мг/кг в 1 мл (отдельно и в сочетании с ЭОС), введенных внутрибрюшинно (в/б). В том числе SN - 95 (53 у интактных крыс и 42 - с воздействием отмеченных препаратов); СМ - 36 (16 в норме и 20 - с препаратами). В остром эксперименте крысу обездвиживали 1%-ным дитилином (25 мг/кг, в/б), переводили на искусственное дыхание и после фиксации головы животного в стереотаксическом аппарате производили ламинэктомию с вскрытием головного мозга. Стереотаксически ориентированный стеклянный микроэлектрод с кончиком 1-2 мкм, заполненный 2М №С1, вводили в ЧС для регистрации одиночной активности нейронов и интернейронов, вызванной на одиночное и частотное (прямоугольными толчками тока длительностью 0.5 мс и частотой 50 и 100 Гц на протяжении 1 с) раздражение ХЯ ипсилатеральной (0 стороны, а также в дорсальный и вентральный отделы СМ для отведения одиночной активности, вызванной на стимуляцию SO и РУ ядер гипоталамуса и нерва I задней конечности. Активность проявлялась в качестве тетанической потенциации (ТП) с последующими посттетаническими эффектами в виде посттетанической потенциации (ПТП) и депрессии (ПТД) различной латенции, выраженности и длительности. Отводящий и раздражающий электроды вводили согласно следующим стерео-
таксическим координатам по атласу Паксиноса и Вотсона [23]: SNc (AP - 5, L ± 2, DV + 7.5-8.0 мм); SNl (AP - 5, L ± 3, DV = 7 мм); SNr (AP - 5.2, L ± 2-3, DV + 7.5-8.5 мм); Caudatus Putamen (NC) (AP + 1.7, L ± 2-3, DV + 4-5); дорсальные и вентральные рога L4 и L5 сегментов CM (laminae II-VI - VIII-IX по Рекседу); SO (AP - 1.3, L ± 1.8, DV + 9.4 мм); PV (AP - 1.8, L ± 0.6, DV + 7.8 мм). C целью заключения о характере и степени воздействия заданного препарата во времени учитывался не только эффект на одном нейроне, а изучение продолжалось и на других - в данной популяции. Необходимость подобного подхода диктовалась и естественной разницей их эффектов в зависимости от исходного уровня активности, что дополнительно обеспечивало достоверность утверждения характерной особенности воздействия того или иного из изученных препаратов.
Регистрация производилась с помощью программы, обеспечивающей в режиме "on-line" селекцию спайков посредством амплитудной дискриминации. Строилась суммарная перисти-мульная гистограмма межспайковых интервалов (РЕТН - Peri-Event Time Histogram). В среднем в течение одной регистрации проводилось до 1030 постстимульных испытаний. Анализ пол
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.