Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии  

На правах рукописи

УКОЛОВА ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА

ПОСТУРАЛЬНО-МОТОРНЫЕ РЕАКЦИИ И СОДЕРЖАНИЕ МОНОАМИНОВ МОЗГА В НЕОНАТАЛЬНОМ ПЕРИОДЕ РАЗВИТИЯ У КРЫС С НАСЛЕДСТВЕННОЙ КАТАТОНИЕЙ

03.03.01 ФИЗИОЛОГИЯ

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Новосибирск 2012

Работа выполнена в лаборатории эволюционной генетики Института цитологии и генетики Сибирского Отделения РАН, г. Новосибирск

Научный руководитель:	кандидат биологических наук Алехина Татьяна Алексеевна
Официальные оппоненты:	доктор биологических наук Амстиславская Тамара Геннадьевна Институт цитологии и генетики СО РАН,  г. Новосибирск
	доктор биологических наук Дубровина Нина Ивановна НИИ физиологии СО РАМН, г. Новосибирск
Ведущая организация:	МГУ им. Ломоносова, биологический факультет

Защита диссертации состоится л___ ____________ 20___ г. на заседании диссертационного совета Д. 001.14.01  в конференц-зале ФГБУ НИИ физиологии СО РАМН по адресу: 630117, г. Новосибирск, ул. Ак.Тимакова, 4,

т.(383)334-89-61, факс  (383) 335-97-54,  e-mail: dissovet@physiol.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБУ НИИ физиологии СО РАМН.

Автореферат разослан ________________2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук                Бузуева Ирина Ивановна

  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы 

Кататония (от греч. katatonos - натянутый) - психопатологический синдром, основным клиническим проявлением которого являются двигательные расстройства. В настоящее время кататония не признается как отдельное  заболевание, ее связывают с психическими состояниями, такими как шизофрения (кататонический тип), биполярные расстройства, посттравматические стрессовые заболевания, депрессии и другие заболевания, а также со злоупотреблением или передозировкой лекарств. Встречаемость кататонии среди психиатрических пациентов составляет 7-31%, из которых 20-25% - пациенты с шизофренией, 28-31% - пациенты с аффективными расстройствами и 20-25% кататонии обусловлено соматическими состояниями (Daniels, 2009). Кататонические реакции встречаются и у животных и представляют собой одну из филогенетически древних форм реагирования на пугающие стимулы (Gallup, Maser, 1977; Hennig, 1978; Holcombe et al., 1979; Perkins, 1982; Krystal, 1993; Overeem et al., 2002; Moskowitz, 2004). Однако, несмотря на частые случаи возникновения, кататония по-прежнему остается недостаточно понятым, плохо изученным и плохо распознаваемым синдромом.

Одним из подходов к исследованию феномена кататонии является создание модели данной патологии на лабораторных животных с последующим изучением причин и механизмов возникновения кататонических реакций. Линия крыс ГК (от инициалов слов генетическая и кататония) была предложена д.б.н. В.Г. Колпаковым в качестве модели шизофренной психопатологии  (Колпаков и др., 1985; Колпаков, 1990; Kolpakov et al., 1986; Kolpakov et al., 1996). Животные аутбредной линии ГК на сегодняшний день характеризуются  поведением  двухполюсной природы. К негативному полюсу относят реакции застывания с элементами каталепсии, а к позитивному полюсу - гиперкинетические реакции (Колпаков и др., 2004). Генетически обусловленные особенности поведения крыс кататонической линии характерны для взрослых животных. Однако проявление поведенческих реакций, предшествующих кататоническому поведению взрослых крыс в раннем постнатальном онтогенезе, еще не было описано. Вместе с тем, изучение потомства с первых дней жизни от генетически предрасположенных к кататонии животных имеет фундаментальное значение, как для науки, так и для практической медицины. К настоящему времени накоплены данные о ранних признаках повышенной готовности нервной системы к психическим расстройствам эндогенного круга у детей младенческого и более позднего возраста.  К таким признакам, прежде всего, можно отнести повышенную чувствительность и гиперактивность, дезорганизацию постурально-моторного развития, нарушение моторной координации и равновесия, отставание в весе (McNeil et al., 1993; Rosso et al., 2000; Schiffman et al., 2009). Все эти отклонения могут рассматриваться как маркеры генетически обусловленного дефекта в психических расстройствах различного рода, в том числе и кататонических.

В связи с этим селекционная модель кататонии представляет  большую ценность для изучения поведения в раннем онтогенезе. К тому же, использование данной модели позволяет определить степень участия нейротрансмиттерных систем в развитии кататонических отклонений на раннем этапе постнатального онтогенеза. Наиболее важными для исследования представляются серотонинергическая и норадренергическая системы, поскольку они обе регулируют развитие центральной нервной системы (Murrin et al., 2007), обе они вовлекаются в формировании двигательных реакций у неонатальных крыс (Kjaerulff et al., 1994; Kiehn et al., 1999; Ballion, 2001; Pflieger et al., 2002; Norreel et al., 2003; Gerin et al., 2008; Klein et al., 2010; Tartas et al., 2010) и обе участвуют в кататонических реакциях (Tsukamoto et al., 1981; Blizard et al., 1983; Toru et al., 1983; Popova, Kulikov, 1995; Popova, 1999).

Исходя из вышесказанного, была поставлена цель: изучить развитие постурально-моторных реакций и особенности нейрохимической регуляции у крыс линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза при сопоставлении с взрослыми животными на современном этапе селекции.

В задачи исследования входило:

1. Изучить проявление кататонических реакций у взрослых крыс линии ГК в период с 63-го по75-е поколения селекции.
2. Определить содержание моноаминов в различных структурах мозга у животных кататонической линии.
3. Исследовать постурально-моторные реакции у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза.
4. Определить уровень моноаминов мозга у крысят линии ГК на 1-й, 7-й, 10-й и 14-й дни.
5. Оценить параметры массы тела у крыс линии ГК, начиная со дня рождения и до 6-месячного возраста по сравнению с контрольной линией Вистар.

Научная новизна работы

В данной работе впервые изучено становление постурально-моторных реакций в неонатальном периоде онтогенеза у крыс кататонической линии. Выявлено повышенное количество дискинетических движений и поз в 1-2 дни постнатального онтогенеза и сниженная двигательная активность в последующие дни неонатального периода. Показано прогрессирующее отставание в весе крыс линии ГК от крыс линии Вистар, начиная с первого дня жизни и кончая половозрелым возрастом. Показан измененный баланс по уровню нейротрасмиттеров мозга в неонатальном периоде онтогенеза: активность серотонинергической системы снижена, в то время как активность норадреналинергической системы повышена.

Впервые дана характеристика кататонических реакций крыс линии ГК с помощью теста с применением звукового сигнала. Показана положительная корреляция реакций возбуждения, выявленных по селекционному критерию и по новому методу с использованием звукового сигнала, у крыс обеих линий. Между реакциями застывания и возбудимости обнаружена обратная зависимость у крыс линии ГК и прямая зависимость у крыс линии Вистар.

Теоретическая и научно-практическая ценность работы

Настоящая работа расширяет представление о механизмах кататонических реакций. Выявленные отклонения в развитии постурально-моторной системы у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза могут рассматриваться в качестве предикторов кататонии. Это является важным в теоретическом отношении для понимания развития кататонии. Данные об особенностях нейрохимической регуляции в генезе кататонических реакций в неонатальном периоде могут иметь значение в исследованиях патологий раннего развития. Также полученные результаты могут быть использованы в разработке оптимальных способов коррекции кататонических реакций в раннем постнатальном онтогенезе.

Положения, выносимые на защиту

1. На современном этапе селекции в 63-75 поколениях крыс линии ГК увеличилась доля высоковозбудимых животных с преобладанием гиперкинетических реакций. Впервые за весь период селекции процент высоковозбудимых крыс в кататонической линии стал выше, чем процент застывающих.
2. Смещение полюса кататонических реакций в линии ГК сопровождалось изменениями на нейрохимическом уровне, которые заключаются в нивелировании различий по содержанию норадреналина (НА), серотонина (5-НТ) и 5-гидроксиндолускусной кислоты (5-ГИУК) в лобной коре, полосатом теле, гипоталамусе, миндалине и гиппокампе по сравнению с крысами линии Вистар.
3. У крыс кататонической линии в первые два дня неонатального периода повышена двигательная активность с превалированием дискинетических движений и асимметричных поз, а с 3-го по 14-й дни отмечена сниженная двигательная активность по всем кинематическим параметрам по сравнению с крысами линии Вистар.
4. Особенностями нейромедиаторной регуляции у крыс линии ГК в неонатальном периоде является сниженная функциональная активность серотонинергической системы по показателям содержания 5-НТ и 5-ГИУК в мозге, а также повышенное содержание НА в мозге по сравнению с крысами линии Вистар.

Апробация результатов

Материалы диссертации обсуждались на конференции Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга (Санкт-Петербург, 2008), на VI Сибирском физиологическом съезде (Барнаул, 2008), на Четвертой и Шестой Всероссийской конференции Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов (Новосибирск, 2009; 2011). Также полученные результаты были представлены и обсуждены на отчетной сессии Института цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск, 2010).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 5 научных статей в рецензируемых отечественных изданиях и 1 статья в иностранном журнале. Кроме того, опубликовано 5 тезисов в сборниках трудов конференций.

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания использованных материалов и методов, результатов, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы. Работа изложена на 131 страницах печатного текста, содержит 16 рисунков и 6 таблиц. Библиографический указатель литературы включает 269 источников, из них 43 отечественных и 226 зарубежных.

Благодарности

Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории и соавторам опубликованных работ. Отдельно хочется выразить глубокую признательность научному  руководителю  к.б.н.  Т. А. Алехиной за неоценимую и всестороннюю помощь в создании этой научной работы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Экспериментальные животные. Исследования выполнены на крысах линии ГК 63-75 поколений селекции и контрольных животных линии Вистар, соответствующих по полу и возрасту. Обе линии аутбредно поддерживаются в виварии Института Цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск). Животные содержались в условиях температурного комфорта, при естественном режиме освещения, свободном доступе к пище и воде, по 4-5 особей одного пола в клетках 60x40x20 см.

Оценка поведенческих реакций. Тест по моторным подсистемам. Изучение двигательной активности проводили на крысятах линии ГК 75-го поколения селекции в возрасте с 1-го по 14-й дни постнатального онтогенеза. Всего в опыт было взято 97 крысят линии ГК (11 пометов) и 65 крысят линии Вистар (8 пометов). Самки с потомством содержались в отдельных клетках. Крысенка помещали в центр площадки (20х30см) хвостом к экспериментатору и в течение 1 минуты регистрировали двигательную активность. Температуру в районе площадки поддерживали на уровне 30-33оС, что соответствует температуре гнезда с детенышами. Каждый крысенок тестировался не чаще 1 раза за три дня. Процедуру тестирования записывали на видеокамеру и в дальнейшем анализировали. Регистрировали следующие параметры: движения головы, движения корпуса, локомоции (шагание) и время неподвижности. У 1-2 дневных крысят также регистрировали дискинетические движения, асимметричные позы во время застывания, перевороты на спину, ретропульсии, тремор корпуса и плавательные движения.

Исследование кататонических реакций взрослых животных выполнены на 3-месячных крысах линии ГК 63-68 поколений селекции и крысах линии Вистар. Всего было протестировано 210 животных, 70 Вистар и 140 ГК. Оценку каталепсии проводили в соответствии с традиционным селекционным методом: животному придавали вертикальное положение в углу клетки, осторожно приподнимая за передние лапки палочкой. Регистрировали время удержания приданной таким образом позы, после того как палочка была убрана. Также оценивали нервные реакции в ответ на проведение палочкой по прутьям клетки: 0 баллов - нет реакции, 1 балл - вздрагивание, 2 балла - безудержный бег или метание по клетке. С целью ранжирования нервных реакций, характерных для крыс линии ГК, мы использовали тест на звонок. Клетку с животным выносили в отдельную комнату, и подавали звуковой стимул (звонок, 100 дб, 2 с). Реакции животных записывали на видеокамеру и в дальнейшем анализировали. Оценку реакций на звуковой стимул проводили по бальной системе: 0 баллов - нет никакой реакции; 0,2 балла - поворот головой; 0,5 баллов - поворот всем телом; 1 балл - побежка равная ширине клетки; 2 балла - побежка равная длине клетки; 2,5 балла - побежка равная диагонали клетки; 3 балла - крыса выпрыгивает из клетки. Также оценивали время застывания крысы после звонка, если таковое было.

Оценка показателей массы тела в онтогенезе. Измерения массы тела крыс линии ГК и Вистар проводили путем взвешивания в возрасте 1 день, 7 дней, 10 дней, 14 дней, 20 дней, 1 месяц, 3 месяца и 6 месяцев. Исследования выполнены на 40 животных, по 20 особей в каждой группе.

Определение моноаминов в отделах мозга проводили спектрофлюориметрическим методом для одновременного определения НА, 5-НТ и 5-ГИУК (Schlumpf et al., 1974, Curzon and Green, 1969) в модификации (Кудрявцева, Бакштановская, 1989). Крыс быстро декапитировали, извлекали мозг и разделяли его на структуры. Выделенные структуры замораживали в жидком азоте и хранили при  -800С до дня определения.

Содержание моноаминов было измерено на 1-й, 7-й, 10-й и 14-й дни неонатального периода онтогенеза у крысят линии ГК 75-го поколения селекции и у контрольных животных линии Вистар. Всего в эксперимент было взято 80 крысят, по 10 в каждой группе. Определения проводили в полушариях мозга (передняя часть) и стволе мозга (средний  мозг, варолиев мост и продолговатый мозг).

У взрослых 3-месячных животных линии ГК 63-65 поколений селекции и линии Вистар определяли содержание моноаминов в лобной коре, полосатом теле, миндалине, гипоталамусе, гиппокампе. Всего в эксперимент было взято 20 животных, по 10 в каждой группе.

Статистическая обработка результатов. Статистическая обработка результатов проведена c использованием пакета компьютерных программ STATISTICA 6.0. В случае нормального распределения оценку достоверности различий между группами проводили с помощью t-критерия Стьюдента. Для оценки различий между процентными долями двух выборок использовали -критерий. Оценку двигательного поведения крысят с 3-го по 14-й дни и содержание нейротрансмиттеров в неонатальном периоде проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа и пост-хок сравнений согласно тесту Ньюмана-Кейла. Оценку достоверности межгрупповых различий в поведении взрослых животных проводили с помощью U-теста Манна-Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристика кататонических реакций у крыс линии ГК на современном этапе селекции. Сравнительная оценка ранее полученных данных по селекции крыс на каталептическое застывание (до 63-го поколения) и данных настоящей работы (63-75 поколения) показала прогрессирующее изменение поведенческих признаков крыс линии ГК, для которых на современном этапе селекции  характерно преобладание гиперкинетических реакций (рис. 1, А). Возрастание количества высоковозбудимых или нервных животных в линии ГК отмечалось уже с 40-го поколения селекции (Амстиславский и др., 2000; Барыкина и др., 2002) и на современном этапе селекции их доля увеличилась еще больше (до 60-70% крыс на каждое поколение).

 

 

А Б

Рис. 1. Частоты появления А - застывающих и нервных крыс в линии ГК; Б -застывающих крыс в линии ГК и в контрольной линии Вистар в ходе селекции на каталепсию

Тот факт, что селекция крыс на длительное и интенсивное застывание привела к высокой частоте нервных животных в линии ГК, указывает на тесную функциональную связь между каталептическим застыванием и нервностью.

Возможно, отбор на акинетический компонент кататонических реакций оказался малоэффективным, в связи с тем, что его экспрессия является довольно лабильной  и сильнее зависит от факторов внешней среды. Так, рассматривая селекционную кривую можно увидеть синхронность в динамике появления каталептических крыс в линии ГК и Вистар, тестирование которых проводилось в одно и то же время (Рис. 1, Б). Обнаруженная положительная корреляционная связь (r=0.53, p<0,05) между частотой возникновения каталептических реакций у крыс линии ГК и Вистар, вполне вероятно, отражает влияние внешних факторов на проявление реакции застывания. Гиперкинетический компонент поведения или нервность, менее подвержен таким влияниям, чем собственно каталепсия. В предыдущих работах показано влияние материнской среды на длительность каталепсии и отсутствие такового на амплитуду рефлекса вздрагивания (Амстиславский и др., 2000).

В настоящем исследовании с помощью двух тестов - теста по селекционному критерию и теста с использованием звукового стимула, было показано преобладание кататонических реакций у крыс линии ГК по сравнению с крысами линии Вистар, как по акинетическим (p<0,001), так и по гиперкинетическим (p<0,001) параметрам (рис. 2).

 

А  Б

Рис. 2. Кататонические реакции крыс линии ГК и Вистар: А-акинетический полюс; Б-гиперкинетический полюс

*** - достоверные различия (p<0,001) между линиями по U-тесту Манна-Уитни

Исходя из полученных данных, можно заключить, что на современном этапе селекции крысы линии ГК характеризуются двойственным проявлением реакций - в виде акинетического компонента кататонии и гиперкинетического компонента, или нервности, с преобладанием последнего.

Постурально-моторные реакции крыс линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза. В первые два дня жизни у крысят обеих линий двигательная активность была невысокой, и большую часть времени тестирования они оставались неподвижными. Возникающие движения были нескоординированы, наблюдался тремор корпуса и нарушения равновесия, которые приводили к переворотам крысят на спину. Наблюдаемые дискинетические движения в раннем неонатальном периоде свидетельствуют о незрелости центральной нервной системы (Clarac et al., 2004). Крысята линии Вистар, при высадке их на открытое место, чаще всего принимали правильное положение, с параллельно поджатыми лапками (фото, а), в то время как у крысят линии ГК лапки были вытянуты в разные стороны, и, чтобы сгруппироваться, им приходилось совершать ретропульсии, или задопячение (фото, б). Кроме того, у крысят линии ГК выявлено достоверно большее количество асимметричных поз во время неподвижности (р<0,05) по сравнению с крысятами линии Вистар (табл. 1, фото а, б), преобладание которых связано с нарушением равновесия и координации в первые два дня жизни. У крысят кататонической линии достоверно чаще наблюдался тремор корпуса (р<0,05), что указывает на незрелость нервных центров головного мозга, отвечающих за движения, и повышенную возбудимость нервной системы (Pranzatelli, 1990). Было также обнаружено больше, так называемых, плавательных движений, когда крысята загребают лапками и скользят по поверхности площадки всем телом (табл. 1).

Таблица 1. Позы и движения в 1-2 дни постнатального

онтогенеза

	Вистар (45)1	ГК (61)
Асимметричные позы	14%	29%*
Перевороты	2%	11%
Ретропульсии	1%	11%
Тремор корпуса	3%	14%*
Плавательные движения	1%	6%
Всего:	21%	71%***

1 - в скобках указано количество протестированных животных

*** - достоверность (р<0,001) отличий от крысят линии Вистар по -критерию

В целом, двигательная активность крысят кататонической линии в первые два дня жизни была выше (p<0,001), а время неподвижности меньше (p<0,001), чем у контрольных животных (рис. 3).

Рис. 3. Время неподвижности  крыс линии ГК и Вистар в возрасте 1-2 дня

*** - достоверное (р<0,001) отличие от крыс линии Вистар по t-критерию Стьюдента

а

б

Фото. Позы крысят контрольной линии Вистар (а) и линии ГК (б) во время неподвижности, возраст 1 день

Возможно, что в повышенной двигательной активности у 1-2х дневных крысят линии ГК при переносе их из гнезда в незнакомую обстановку проявился эмоциональный компонент реагирования. Видимо, крысята линии ГК более эмоционально реагируют на прекращение тактильных контактов с матерью, с однопометниками и с материнским гнездом и в создавшейся аверсивной ситуации более активно ищут выхода из такого положения. В литературе описано стимулирование запахом матери двигательных реакций у крысят в ранний период онтогенеза (Fady et al., 1998). В то же время дискинетические движения крыс в самом раннем неонатальном периоде указывают на задержку становления позно-тонических рефлексов, которые формируются у них позднее.

Таким образом, наследственные биполярные реакции, свойственные крысам линии ГК, наблюдаются уже с первого дня жизни в виде реакций возбуждения и торможения. Реакции возбуждения проявлялись в большем количестве дискинетических движений, треморе корпуса, плавательных движениях, в то время как реакции торможения наблюдались при застывании крысят кататонической линии в асимметричных позах. Развитие движений у крысят обеих линий происходило в ростро-каудальном направлении, т.е. вначале появлялись движения головы, затем движения корпуса, далее возникали локомоции, что согласуется с литературными данными о ростро-каудальном градиенте созревания опорно-двигательного аппарата (Eilam, Golani, 1988; Geisler et al., 1993; Clarac et al., 2004; Schank, 2008). 

Двухфакторный дисперсионный анализ двигательной активности крысят с 3-го по 14-й день жизни (факторы - генотип и возраст) выявил влияние генотипа и возраста на все параметры кинематических переменных: движения головы (F1,534=7,4; p<0,001 и F11,534=35,6; p<0,001), движения корпуса (F1,534=92,9; p<0,001 и F11,534=37,9; p<0,001), локомоции (F1,534=10,2; p<0,01 и F11,534=18,0; p<0,001) и время неподвижности в тесте (F1,334=61,2; p<0,001 и F11,334=30,1; p<0,001). Основной эффект линии проявлялся в сниженной двигательной активности и повышенном времени неподвижности в тесте у крысят кататонической линии по сравнению с линией Вистар (рис. 4). Основной эффект возраста связан с увеличением двигательной активности и уменьшением времени неподвижности в тесте у крысят обеих линий с возрастом. Кроме того, было показано влияние взаимодействия факторов генотипа и возраста на движения корпуса (F11,534=3,9; p<0,001) и локомоции (F11,534=2,9; p<0,001), свидетельствующее о том, что возрастные изменения по данным параметрам у каждой линии имеют свои специфические особенности. Эти специфические особенности проявлялись в несовпадении пиков двигательной активности по параметрам движения корпуса и локомоции. У крысят линии ГК пики двигательной активности приходились на 8-й день (F1,488=13,3; p<0,001 и F1,488=6,8; p<0,01), что на день раньше, чем у крысят контрольной линии Вистар, у которых пик выявлен на 9-й день (F1,488=4,4; p<0,05 и F1,488=4,9; p<0,05).

Таким образом, возрастная динамика по параметрам движения головы и время неподвижности в тесте у крысят линии ГК не отличалась от контроля, в то время как по параметрам движения корпуса и локомоции были выявлены специфические особенности, которые проявлялись в более раннем возникновении пиков двигательной активности у крысят кататонической линии. Наблюдаемые межлинейные различия в двигательных реакциях, возможно, связаны с неодинаковой скоростью созревания нервных структур в неонатальном периоде онтогенеза, поскольку известно, что моторные реакции в данный период онтогенеза отражают уровень созревания нервной системы (Schank, 2008).

Обобщая вышесказанное, можно заключить, что уже в первые два дня неонатального периода онтогенеза было показано большее количество дискинетических реакций у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар, в то время как в последующий период с 3-го по 14-й день продемонстрировано снижение всех моторных реакций у животных кататонической линии. Полученные результаты свидетельствуют о проявлении возбудительного реагирования в первые дни жизни у крысят линии ГК, с последующим развитием тормозных реакций. Сниженная спонтанная двигательная активность наблюдается и у взрослых крыс кататонической линии в тесте открытого поля (Петрова, 1990; Алехина и др., 1995; Амстиславский и др., 2000), в то время как повышенная возбудимость взрослых крыс линии ГК проявляется в гиперкинетических реакциях на слабо аверсивные стимулы (Барыкина и др., 2004; Алехина и др., 2009).

 

Рис. 4. Динамика двигательной активности крыс линии ГК и Вистар с 3-го по 14-й дни неонатального периода

*, **, *** - достоверные (р<0,05; p<0,01; р<0,001) отличия от крыс линии Вистар

Сходство постурально-моторных реакций неонатальных крысят с взрослыми животными кататонической линии проявлялось в таких признаках, как неустойчивость и неудобство положений в состоянии обездвиженности. Кроме того, наблюдаемое в раннем постнатальном периоде нарушение пластичности движений у крысят линии ГК сохраняется и у взрослых животных (Алехина и др., 1994).

Межлинейные различия наблюдались и по показателям веса.  У новорожденных самцов линии ГК масса тела была более низкой по сравнению с контрольными животными линии Вистар (p<0,01; 0,001), и с возрастом это отставание прогрессировало (рис. 5). Полученные нами данные согласуются с данными о сниженной массе тела у самок линии ГК (Клочков и др., 2011).

Дефицит массы тела у новорожденных крысят линии ГК и сниженная двигательная активность в раннем неонатальном периоде указывают на задержку физического развития крысят кататонической линии.

       

Рис. 5.  Масса животных в различных точках онтогенеза: а - 1 день, б - 7 дней, в - 10 дней, г - 14 дней, д - 20 дней, е - 1 месяц, ж Ц  3 месяца, з - 6 месяцев

**, *** - достоверные отличия (p<0,01; 0,001) от крыс линии Вистар по t-критерию Стьюдента

Содержание нейромедиаторов мозга у крыс линии ГК в неонатальном периоде развития (75-е поколение) и в половозрелом возрасте на современном этапе селекции (63-65 поколения). У неонатальных крысят выявлено влияние генотипа и возраста на содержание 5-НТ в полушариях (F1,66=5,0; p<0,05 и F3,66=87,2; p<0,001) и стволе мозга (F1,63=3,4; p=0,07 и F3,63=55,3; p<0,001). Основной эффект генотипа заключался в сниженном содержании 5-НТ в мозге у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар. Изменение содержания 5-НТ в мозге с возрастом у крысят обеих линий происходило однонаправлено (рис. 6, А, Б). На содержание 5-ГИУК в полушариях и стволе мозга показано достоверное влияние фактора возраста (F3,63=58,1; p<0,001 и F3,66=8,7; p<0,001), основной эффект которого заключался в том, что к 7-му дню наблюдалось возрастание уровня 5-ГИУК и последующее его снижение у крысят обеих линий (рис. 6, В, Г). Кроме того, в стволе мозга на содержание 5-ГИУК достоверно оказывал влияние генотип (F1,66=6,1; p<0,05), основной эффект которого связан со сниженным содержанием 5-ГИУК у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар (рис. 6, Г). 

Новорожденные крысята линии ГК имели сниженные показатели по уровню 5-НТ (p<0,01) в полушариях мозга и по уровню 5-ГИУК (p<0,05) и коэффициенту катаболизма серотонина (F1,63=5,2; p<0,05) в стволе мозга по сравнению с контрольными крысятами линии Вистар (рис. 6, А, Г). Полученные данные указывают на относительную незрелость и сниженный обмен в серотонинергической системе головного мозга у крысят линии ГК сразу после рождения по сравнению с наблюдаемым уровнем у крысят линии Вистар. Известно, что серотонин играет важную роль в развитии скоординированных движений конечностей и становлении поз у крысят (Vinay et al., 2005; Norreel et al., 2003). В исследованиях Пфлигера и др. (Pflieger et al., 2002) показано, что внутрибрюшинное введение ингибитора синтеза серотонина парахлорфенилаланина, и последующее снижение этого медиатора, приводит к увеличению количества асимметричных поз у крысят. В свете этих данных интересно, что выявленное нами повышенное количество асимметричных поз у новорожденных крысят линии ГК сопровождалось сниженным содержанием серотонина в полушариях мозга и сниженным обменом серотонина в стволе мозга. Исходя из литературных данных и данных, полученных в этой работе можно заключить, что большее количество дискинетических движений и асимметричных поз у новорожденных крысят линии ГК связано с задержкой развития серотонинергической системы мозга и с ее низкой активностью по сравнению с животными линии Вистар.

  А  Б

  В Г

Рис. 6. Содержание серотонина (5-НТ) и 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК) в полушариях (А, В)  и стволе мозга (Б, Г)  у крыс линии ГК и Вистар в разных точках онтогенеза

*,** - достоверные (p<0,05; р<0,01) отличия от крыс линии Вистар

На седьмой день после рождения различия между линиями наблюдались только по уровню 5-ГИУК в стволе мозга (p<0,05, рис. 6, Г), что указывает на то, что пониженный уровень активности серотонинергической системы у крысят кататонической линии относительно крысят Вистар еще сохраняется, хотя менее выражен. На 14-й день у крысят линии ГК содержание серотонина было снижено как в полушариях (p<0,001), так и в стволе мозга (p<0,05) (рис. 6, А, Б).

Таким образом, сниженная активность серотонинергической системы мозга у неонатальных крысят кататонической линии сопровождалась дефицитом скоординированных движений, асимметричными позами и сниженной двигательной активностью. Исходя из этого, мы можем предположить, что наблюдаемые поведенческие отклонения связаны с недостаточностью серотонинергической системы мозга у крысят линии ГК. В дальнейшем различия по уровню активности серотонинергической системы в значительной степени нивелируются, и,  как было нами установлено, взрослые животные линии ГК не отличаются от крыс линии Вистар по уровню серотонина и 5-ГИУК (Алехина и др., 2008; Алехина и др., 2009). 

Межлинейные различия в неонатальном периоде онтогенеза наблюдались и по уровню норадреналина. Так, у крысят линии ГК было показано повышенное содержание этого медиатора в полушариях мозга на 10-й (р<0,001) и 14-й дни (р<0,01): влияние фактора генотипа F1,65=25,5; p<0,001, и  в стволе мозга на 10-й день (р<0,01): влияние фактора генотипа F1,65=3,4; p=0,07, по сравнению с крысятами линии Вистар (рис. 7).

А Б

Рис. 7. Содержание норадреналина в полушариях (А) и стволе мозга (Б) у крыс лиги ГК и Вистар в разных точках онтогенеза

**, *** - достоверные (p<0,01; р<0,001) различия между линиями по t-критерию Стьюдента

Кроме того, выявлено достоверное влияние факторов возраста и взаимодействия факторов генотипа и возраста на содержание НА полушариях (F3,65=9,8; p<0,001 и F3,65=3,4; p<0,05) и стволе мозга (F3,65=12,4; p<0,001 и F3,65=4,3; p<0,01). Основной эффект возраста заключался в возрастании уровня НА в мозге на 10-й день у крысят обеих линий. Эффект взаимодействия факторов обусловлен более выраженным возрастанием уровня НА у крысят линии ГК, чем у крысят линии Вистар.

Хотя известно, что окончания норадреналиновых нейронов содержатся в шейном и поясничном отделах спинного мозга крысят уже в первую постнатальную неделю, установить функциональную роль норадреналина в локомоциях сложно. Согласно исследованиям, выполненным на изолированном спинном мозге неонатальных крысят, норадреналин играет важную роль модулятора двигательной активности млекопитающих (Kiehn et al., 1999; Sqalli-Houssaini, Cazalets, 2000; Gordon, Whelan, 2006), который способен усиливать тоническую активность и замедлять  существующий локомоторный ритм (Kiehn et al., 1999). Помимо этого, многие исследования указывают на важную роль норадреналина в регулировании развития ЦНС (Sanders et al., 2005;  Murrin et al., 2007; Sanders et al., 2008). Исходя из свойств этого медиатора, можно предположить модулирование ритма двигательной активности в раннем онтогенезе и его влияние на возникновение более ранних пиков и снижение амплитуды активности кинематических переменных у крысят линии ГК. У взрослых животных линии ГК нами была показана лишь тенденция к повышению уровня норадреналина в лобной коре (Алехина и др., 2008; Алехина и др., 2009).

Данные по содержанию 5-НТ, 5-ГИУК и НА в различных структурах мозга у взрослых крыс линии ГК представлены в табл. 2. У половозрелых 3-месячных крыс линии ГК на 63-65 поколениях селекции содержание серотонина и 5-ГИУК не отличается от такового в контрольной линии Вистар (табл. 2). По содержанию норадреналина у крыс линии ГК отмечена тенденция (p<0,07) к повышению в лобной коре.

Таблица 2. Содержание норадреналина (НА), серотонина (5-НТ) и 5-гидроксииндолуксусной кислоты (5-ГИУК)  в структурах мозга у взрослых крыс линии ГК и Вистар

	НА	5-НТ	5-ГИУК
обная кора
Вистар	0,200,05 (8)	0,330,09 (10)	0,370,04 (10)
ГК	0,470,15 (6)	0410,09 (10)	0,480,07 (10)
Гипоталамус
Вистар	1,170,17 (8)	0,620,39 (4)	0,890,07 (8)
ГК	1,110,13 (10)	0,960,28 (5)	1,230,19 (10)
Гиппокамп
Вистар	0,500,08 (10)	0,590,25 (10)	0,240,04 (10)
ГК	0,340,03 (10)	0,690,25 (8)	0,230,03 (9)
Полосатое тело
Вистар	0,330,02 (8)	0,390,16 (7)	0,240,03 (8)
ГК	0,550,12 (10)	0,640,09 (10)	0,180,02 (10)
Миндалина
Вистар	1,450,50 (10)	0,840,51 (9)	0,240,07 (10)
ГК	0,980,24 (6)	1,110,67 (8)	0,340,06 (10)

Следует отметить, что на данном этапе селекции произошло смещение полюса кататонических реакций, и впервые за весь период отбора в линии ГК стали преобладать животные с гиперкинетическими реакциями. Кроме того, изменилась и выраженность биполярных реакций. Так, реакции застывания крыс линии ГК стали менее длительными по сравнению с реакциями, наблюдаемыми у животных предыдущих поколений селекции, а гиперкинетические реакции стали более выраженными. По-видимому, в связи с повышением доли животных с гиперкинетическими реакциями и снижением доли застывающих в линии ГК, прежде наблюдаемые различия на нейромедиаторном уровне между взрослыми крысами кататонической линии и контрольными животными линии Вистар нивелировались.

В целом, полученные данные указывают на измененный баланс по содержанию нейромедиаторов у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза. Активность серотонинергической системы снижена, тогда как активность норадренергической системы повышена. По-видимому, наблюдаемые изменения в нейротрансмиттерных системах в неонатальном периоде развития имеют значимые последствия, которые проявляются у взрослых крыс линии ГК в предрасположенности к кататоническим реакциям.

Таким образом, в настоящем исследовании были найдены отклонения в развитии постурально-моторной системы у крысят линии ГК в первые две недели постнатального онтогенеза, которые проявлялись в таких признаках как: 1) превалирование асимметричных поз и дискинетических движений в стресс-гипореактивный период в возрасте 1-2 дней; 2) несовпадение темпов созревания опорно-двигательного аппарата у двух линий; 3) снижение двигательных реакций с 3-го по 14-й день; 4) прогрессирующее отставание в весе у крыс линии ГК от крыс линии Вистар, начиная с первого дня жизни и кончая 6-месячным возрастом; 5) измененный баланс нейромедиаторов в мозге. Вероятно, все эти отклонения в развитии сказываются на поведении взрослых крыс линии ГК, основными характеристиками которого являются кататонические реакции.

ВЫВОДЫ

1. На текущем этапе селекции в 63-75 поколениях отбора доля высоковозбудимых крыс в линии ГК увеличилось. С 63-го поколения селекции животные с гиперкинетическими реакциями в кататонической линии стали превалировать над животными с акинетическими реакциями.
2. Взрослые крысы линии ГК не отличаются от контрольных животных популяции Вистар по уровню НА, 5-НТ и 5-ГИУК в исследуемых структурах мозга (лобная кора, гипоталамус, гиппокамп, полосатое тело, миндалина).
3. В первые два дня неонатального периода крысята линии ГК характеризуются преобладанием дискинетических движений и асимметричных поз. С 3-го по 14 день двигательная активность по всем наблюдаемым кинематическим переменным у них снижена по сравнению с контрольными животными Вистар. 
4. У крысят линии ГК повышено содержание норадреналина на 10-й и 14-й дни в полушариях и на 14-й день в стволе мозга по сравнению с крысятами линии Вистар.
5. В неонатальном периоде крысята линии ГК имеют сниженную активность серотонинергической системы мозга, которая проявляется в сниженном содержании серотонина на 1-й и 14-й дни в полушариях и на 14-й день в стволе мозга, сниженном содержании 5-ГИУК на 1-й и 7-й дни в стволе мозга и сниженном коэффициенте катаболизма серотонина на 1-й день в стволе мозга по сравнению с контрольными животными линии Вистар.
6. Начиная с первого дня жизни, крысы кататонической линии имеют сниженную массу тела по сравнению с крысами линии Вистар, и с возрастом это отставание прогрессирует.
7. По совокупности полученных в этой работе данных предикторами кататонического поведения могут служить большая доля дискинетических движений и асимметричных поз в первые два дня жизни и пониженная двигательная активность в последующие дни неонатального периода, сопровождающиеся измененным функционированием нейромедиаторных систем в раннем постнатальном онтогенезе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алехина Т.А., Прокудина О.И., Рязанова М.А., Уколова Т.Н., Барыкина Н.Н., Колпаков В.Г. Проявление типологических свойств поведения у линий крыс, селекционированных на усиление и отсутствие маятникообразных движений. Связь с моноаминами мозга // Журн. высш. нерв. деят. им И.П. Павлова. 2007. Т. 57. № 3. С. 336-343.
2. Клочков Д.В., Алехина Т.А., Уколова Т.Н., Рязанова М.А. Влияние постоянного освещения на проявление кататонических реакций у самок крыс линии ГК // Бюлл. эксп. биол. мед. 2008. Т. 7. С. 26-29.
3. Алехина Т.А., Рязанова М.А., Уколова Т.Н., Сахаров Д.Г., Чугуй В.Ф., Прокудина О.И. Нейрогормональный сдвиги при формировании латентного торможения у крыс с предрасположением к каталепсии // Нейрохимия. 2008. Т. 25. № 3. С. 1-6.
4. Барыкина Н.Н., Чугуй В.Ф., Алехина Т.А., Рязанова М.А.,  Уколова Т.Н., Сахаров Д.Г., Колпаков В.Г. Обучение крыс, предрасположенных к кататоническим состояниям, в водном тесте Морриса // Журн. высш. нерв. деят. им И.П. Павлова. 2009. Т. 59. № 6. С. 728-735
5. Алехина Т.А., Уколова Т.Н., Кузнецова Н.В., Пальчикова Н.А., Рязанова М.А., Клочков Д.В. Влияние имипрамина на реакции нервной возбудимости крыс линии ГК // Бюлл. эксп. биол. мед. 2009. Т. 147. № 6. С. 663-666.
6. Markel A.L., Achkasov A.F., Alekhina T.A., Prokudina O.I., Ryazanova M.A., Ukolova T.N., Efimov V.M., Boldyreva E.V., Boldyrev V.V. Effects of the alpha- and gamma-polymorphs of glycine on the behavior of catalepsy prone rats // Pharmacol Biochem Behav. 2011. V. 98. N. 2. P. 234-240.
7. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Мешков И.О. Постурально-моторные реакции и распределение моноаминов мозга у крыс кататонической линии в раннем онтогенезе // Нейрохимия. 2012. Т. 29. № 1. С. 1-6.

Участие в конференциях, тезисы

1. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Рязанова М.А., Прокудина О.И. Катехоламины мозга и активность моторных подсистем крыс с кататонической формой реагирования // Тез. докладов конференции Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга. Санкт-Петербург, 2008. С. 149-150.
2. Уколова Т.Н., Рязанова М.А., Клочков Д.В., Алехина Т.А.  Влияние постоянного освещения на проявление кататонических реакций у самок крыс линии ГК // Тез. докладов VI Сибирского физиологического съезда. Барнаул, 2008. Том I, С. 160-161.
3. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Рязанова М.А., Клочков Д.В.  Компенсаторно-приспособительные процессы при воздействии постоянного освещения и антидепрессанта имипрамина на самцов и самок линии ГК // Тез. докладов Четвертой Всероссийской конференции Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов. Новосибирск, 2009. С. 260-261.
4. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Мешков О.И. Реакции возбудимости в онтогенезе у крыс линии ГК // Тез. докладов ХХI Съезда Физиологического общества им. И.П.Павлова. М. - Калуга, 2010. С. 630.
5. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Пальчикова Н.А., Кузнецова Н.В. Нормализация уровня кортикостерона в крови крыс кататонической линии ГК под действием введения имипрамина // Тез. докладов Пятой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов. Новосибирск, 2011. С. 222-223.

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по биологии