ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ В.Н. КАРАЗІНА

Гузь Людмила Василівна

УДК 612.822:612.015.3:612.018:577.175.4-008.61]-092.9

НЕЙРОМЕТАБОЛІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ТА ІНТЕГРАТИВНА ДІЯЛЬНІСТЬ ЦЕНТРАЛЬНОЇ НЕРВОВОЇ СИСТЕМИ

ЗА УМОВ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЇ ГІПЕРТИРОКСИНЕМІЇ

У ЩУРІВ

03.00.13 – фізіологія людини і тварин

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата біологічних наук

Харків – 200 8

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Дніпропетровській державній медичній академії Міністерства охорони здоров'я України

Науковий керівник: доктор медичних наук, профессор Неруш Петро Опанасович , Дніпропетровська державна медична академія, професор кафедри фізіології;

Офіційні опоненти: доктор біологічних наук, профессор Воробйова Тамара Михайлівна, Харківський інститут неврології, психіатрії та наркології АМН України, завідувач лабораторії нейрофізіології та імунології;

доктор біологічних наук, профессор Павленко Володимир Борисович, Таврійський національний університет ім. В.І. Вернадського, професор кафедри фізіології і біофізики

Захист відбудеться “ __ ” ______ 2008 року о _____ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.051.17 Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України за адресою: 61077, м. Харків, пл. Свободи, 4, ауд. 3-15.

З дисертацією можна ознайомитись у Центральній науковій бібліотеці Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна Міністерства освіти і науки України за адресою: 61077, м. Харків, площа Свободи, 4.

Автореферат розісланий “ ___“ ________ 2008 року

Учений секретар

спеціалізованої вченої ради Дзюба В.М.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Дослідження інтегративної діяльності центральної нервової системи (ЦНС) привертають особливу увагу багатьох дослідників в усьому світі (Дмитриева Н.И., 1982; Ведяев Ф.П., Воробьева Т.М., 1983; Крауз В.А., 1988; Батуев А.С., 1990; MiyamotoS., TeramotoH., 1995).

Такий прояв вищої діяльності мозку як поведінка і когнітивні функції забезпечуються та контролюються нейрогуморальною системою регуляції. Гормонам відводиться роль дифузної нейромодулюючої системи завдяки їх геномному та позагеномному характеру дії на метаболізм клітин. Важливу роль в цьому відіграють тиреоїдні гормони (ТГ), яким відводиться домінуюча роль в процесі формування мозку та підтриманні його функціональної активності впродовж всього життя (Верещагина П.В., 1984; Дривотинов Б.В., 1989; Браверманн Л.И., 2000). Тому комплексне дослідження фізіологічних та біохімічних показників ЦНС за умов метаболічних розладів набуває ще більшої актуальності і свідчить про важливість даної проблеми (Ашмарин И.П., 1987; Недзвецький В.С. и др., 1999; Менджерицкий А.М., 2003; Соболев В.И., 2002; 2004).

Стан фізіологічних функцій організму, його життєдіяльність і адаптація до різноманітних змін навколишнього середовища контролюються нейрогуморальними механізмами (Ашмарин И.П., 1987). Гормональні порушення глибоко змінюють діяльність головного мозку і окремих його структур, що призводить до порушень психічних функцій. Важливим аспектом проблеми нейрогуморальної регуляції функцій є вивчення впливу гормональних факторів на когнітивні процеси головного мозку за умов порушення тиреоїдного статусу (EttigiP.Y. etal., 1977; Городецкая И.В. и др., 2000; FedotovaJ.O., 2000; Сапронов Н.С., 2002; Фадеев В.В., 2006).

Незважаючи на те, що за останні десятиріччя дослідниками різних країн зібрано надзвичайно великий матеріал відносно впливу ТГ на вищу нервову діяльність, на сьогодні відомі різні, відмінні експериментальні дані про можливий вплив ТГ на процес навчання і пам¢яті (Бойчук Е.Б., 2000; Сапронов Н.С. и др., 2002). В той же час молекулярні механізми, які обумовлюють функціональні порушення нервової системи, залишаються вивченими недостатньо. Результати, які представлені у сучасній літературі, є розрізненими, трактуються неоднозначно, тому не можуть бути складені у загальну концепцію. Порушення регуляції активності ендокринної системи, а також лабільності відповіді секреторних клітин на зовнішні фактори є однією з важливих причин, що ведуть до функціонального розладу у нервовій системі, порушень метаболічної рівноваги нервових клітин (Бунявичус Р., 1994). Головним чином це обумовлено погіршенням екологічної ситуації, що веде до постійного зростання кількості несприятливих чинників, а з другого боку – постійними стресовими ситуаціями, генетичною схильністю, які різними шляхами впливають на біохімічні та молекулярні процеси в клітинах нервової системи, що супроводжується порушенням психічних функцій (Тараканова Н.П., 1994; Тайулин В.И., 1998; Тананакіна М.В., 2006). Цей аспект практично залишається відкритим. Тому є доцільним дослідження особливостей нейрометаболічних процесів у функціонуванні ЦНС за умов експериментальної гіпертироксинемії. У зв¢язку зі згаданим вище, поглиблене вивчення механізмів порушення нейрометаболічних процесів може сприяти розробці раціональних методів корекції патологічних процесів за умов гіпертироксинемії.

Зв ¢ язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота являється фрагментом планової науково-дослідної роботи кафедри фізіології Дніпропетровської державної медичної академії "Вивчення механізмів компенсаторно-адаптивних реакцій нервової системи при дії екстремальних факторів", затвердженої відділом держреєстрації УкрINTEI (м. Київ) під номером 0100U000307.

Мета і завдання дослідження. Визначити особливості нейрометаболічних процесів та поведінкову діяльність у білих щурів за умов експериментальної гіпертироксинемії.

У відповідності з метою визначено наступні завдання:

1.Вивчити рівень поведінкової активності та мнестичні реакції щурів за умов експериментальної гіпертироксинемії.

2.Дослідити параметри збудливості моносинаптичної рефлекторної дуги та оцінити вплив на них тривалої тетанізації, вивчити поріг і хронаксію еферентних волокон сідничного нерва (СН) за умов експериментальної гіпертироксинемії.

3.Дослідити стан прооксидантних процесів в різних за функціональним навантаженням структурах головного мозку щурів (кора головного мозку, гіпокамп, стовбур головного мозку) за умов експериментальної гіпертироксинемії.

4.Дослідити активність ферментів антиоксидантної системи (глутатіонпероксидази та каталази) структур головного мозку (кора головного мозку, гіпокамп, стовбур головного мозку) щурів за умов експериментальної гіпертироксинемії.

5.Визначити вміст окремих вільних жирних кислот (ЖК) в ліпідах головного мозку (кора головного мозку, гіпокамп, стовбур головного мозку) щурів за умов експериментальної гіпертироксинемії.

Об ¢ єкт дослідження – показники поведінкової та когнітивної діяльності щурів, рівень активності прооксидантної та антиоксидантної систем в окремих структурах головного мозку, вміст ЖК ліпідів кори, гіпокампу та стовбуру мозку.

Предмет дослідження – особливості нейрометаболічних процесів та поведінкова діяльність щурів за умов експериментальної гіпертироксинемії.

Методи дослідження. З метою дослідження інтегративних реакцій ЦНС за умов експериментальної гіпертироксинемії були застосовані фізіологічні методи: "відкрите поле" – для визначення поведінкової активності щурів; умовна реакція пасивного уникнення (УРПУ) – для визначення когнітивних функцій; електрофізіологічні дослідження – визначення параметрів збудливості моносинаптичної рефлекторної дуги та характеру посттетанічної потенціації (ПТП), вивчення порогу та хронаксії еферентних волокон СН. Показником функціональної активності клітин окремих структур мозку являлося дослідження стану прооксидантної та антиоксидантної систем, вмісту ЖК в ліпідах кори, гіпокампу та стовбуру мозку. Модель гіпертироксинемії створювалась шляхом введення з їжею L-тироксину (10 – 140 мкг/доба) впродовж двох тижнів. Після створення експериментальної гіпертироксинемії в плазмі крові піддослідних тварин визначався рівень тироксину. Всього було поставлено 1080 дослідів на 120 щурах.

Наукова новизна одержаних результатів. Вперше шляхом комплексного дослідження показано, що зміни поведінкової діяльності та мнестичної активності при експериментальній гіпертироксинемії супроводжувались істотним зростанням збудливості моносинаптичних рефлекторних дуг, свідченням чого є збільшення амплітуди моносинаптичної рефлекторної відповіді (МРВ), зменшення латентного періоду та порогу виникнення моносинаптичної рефлекторної реакції, що вказує на стан пластичності синапсів і може призводити до порушення інтегративної діяльності ЦНС. Показано, що за умов експериментальної гіпертироксинемії тетанізація призводила до депресії рефлекторних відповідей. На основі комплексного аналізу роботи, яка включає фізіологічний та біохімічний рівень дослідження, була встановлена залежність між функціональними процесами ЦНС та структурними клітинними перебудовами метаболічного характеру. Показано, що експериментальна гіпертироксинемія супроводжувалась змінами балансу прооксидантної та антиоксидантної систем у вивчаємих структурах головного мозку залежно від рівня ТГ.

Практичне значення одержаних результатів. Робота є експериментальним дослідженням, яке розширює сучасні уявлення відносно механізмів порушення поведінкової та умовно-рефлекторної діяльності за умов експериментальної гіпертироксинемії. Вивчені особливості нейрометаболічних процесів за умов підвищеного рівня ТГ. Результати досліджень можуть бути передумовою для розробки методів корекції порушень інтегративних функцій ЦНС за умов дисфункції щитоподібної залози. Отримані факти можуть бути використані в практичній фізіології та гігієні праці при розробці засобів та методів підвищення стійкості організму до струмогенних факторів навколишнього середовища та фізичних навантажень; в клінічній практиці – для корекції нервово-психічних розладів за умов порушеного гіпоталамо-гіпофізарно-тиреоїдного статусу, в клінічній ендокринології та патофізіології – при виборі засобів та методів фармакокорекції лікарськими засобами, які впливають на пластичність синаптичних утворень, порушеного тиреоїдного статусу за умов тиреоїдної патології. В навчальному процесі ці дані можуть бути використані при вивченні фізіології вищої нервової діяльності, ендокринної системи, патофізіології. Результати дисертаційної роботи впроваджені в навчальний процес кафедри фізіології та кафедри патофізіології Дніпропетровської державної медичної академії, кафедри фізіології людини та тварин Дніпропетровського національного університету, кафедри фізіології Вінницького національного медичного університету ім. М.І. Пірогова, кафедри фізіології Львівського державного національного медичного університету ім. Данила Галицького.

Особистий внесок здобувача. Проведено патентно-інформаційний пошук і аналіз наукової літератури з теми дисертаційної роботи, проведені експериментальні дослідження на щурах. Дисертант особисто проводив статистичну обробку отриманих даних, узагальнив результати дослідження, сформулював основні висновки, написав всі розділи дисертації, підготував матеріали до публікації. У дисертації не використані ідеї та розробки, що належать співавторам опублікованих наукових праць.

Апробація результатів дисертації. Матеріали досліджень, що включені до дисертації, викладені автором на наукових семінарах кафедри фізіології Дніпропетровської державної медичної академії (Дніпропетровськ, 2001 – 2007), у доповідях на наукових форумах різних рівнів: VII та IX міжнародні конференції “Центральные и периферические механизмы вегетативной нервной системы», присвяченій пам¢яті О.Г. Баклаваджяна (Донецьк, 2003, 2007), наукова конференція «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Партенит, 2003), V Українська конференція молодих вчених, присвячена пам¢яті ак. В.В. Фролькіса (Київ, 2004), наукова конференція «Нейронауки: теоретичні та клінічні аспекти» (Донецьк, 2005), II Міжнародна наукова конференція “Гомеостаз: фізіологія, патологія, фармакологія і клініка” (Одеса, 2005), IV Національний конгрес геронтологів і геріатрів України (Київ, 2005), Всеукраїнська науково-практична конференція “Проблеми вікової фізіології” (Луцьк, 2005), Всеукраїнська науково-практична конференція “Довкілля і здоров¢я” (Тернопіль, 2006), XVII з¢їзд Українського фізіологічного товариства з міжнародною участю пам¢яті академіка О.О. Богомольця (Чернівці, 2006), III Всеукраїнська наукова конференція, присвячена 70-річчю з дня народження Г.М. Чайченка (Київ, 2006), Всеукраїнський науковий симпозіум “Особливості формування та становлення психофізіологічних функцій в онтогенезі” (Черкаси, 2006), III з`їзд фармакологів Росії «Фармакология – практическому здравоохранению» (Санкт-Петербург, 2007).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 21 наукових робіт, з них 5 статей у фахових наукових виданнях, та 16 тез у матеріалах з¢їздів, симпозіумів та конференцій.

Структура та обсяг роботи. Робота викладена на 144 сторінках печатного тексту і складається з введення, огляду літератури, трьох розділів об'єкту і методів дослідження, сьоми розділів власних досліджень, заключення, висновків, переліку використанної літератури (315 джерел, з них 141 – іноземні, включно до 2007 року). Робота ілюстрована 14 рисунками і 11 таблицями.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Матеріали та методи дослідження. Об`єктом дослідження були білі щури лінії Вістар різної статі віком 5 – 6 місяців, маса тварин в середньому становила 150 – 250 грамів. Було поставлено 1080 дослідів на 120 тваринах. Моделювання гіпертироксинемії проводили шляхом введення з їжею перемелених таблеток L-тироксину („Berlin-Chemie” АУ, Німеччина). Всі тварини знаходились на стандартному харчовому раціоні віварію. Формування гіпертироксинемії супроводжувалось зниженням маси тварин, підвищенням їх агресивності, збільшенням частоти серцевих скорочень в порівнянні з вихідним станом, і проводилось за методикою, апробованою на кафедрі фізіології (Макий Е.А. и др., 2000; 2002). В дослідженні використовували зростаючі дози L-тироксину. На початку вводилась доза препарату, яка була вищою від добової продукції тироксину (в нормі біля 3 – 5 мкг/доба) в декілька разів, звичайно брали дозу 10 мкг/доба. Далі щоденно, впродовж двох тижнів, збільшували дозу в середньому на 10 мкг/доба, так що під кінець досліду тварини отримували біля 140 мкг препарату на добу. Через два тижні після початку формування моделі гіпертироксинемії імуноферментним методом визначали концентрацію тироксину (Т₄ ), використовуючи набір реактивів та апаратуру фірми Humareader (Німеччина). Вміст тироксину в сироватці крові у тварин з гіпертироксинемією зростав в 5 разів.

В другій серії експериментів (n=92) вивчалась орієнтовно-дослідницька діяльність методом „відкритого поля” (Ведяев Ф.П. и др.,) і УРПУ (1983Буреш Я. и др., 1991).

У третій серії дослідів проводились дослідження МРВ. В гострому досліді під наркозом проводили ламінектомію в сегментах L1 – L6 СМ. Виділяли та перерізали вентральний та дорсальний корінці сегменту L5 у місці їх відходження у міжпозвонковий отвір. Через 3 – 4 години після ламінектомії приступали до відведення біопотенціалів. Подразнення здійснювали прямокутним електричним імпульсом тривалістю 0,3 мс. Сила подразнення була надпороговою для виникнення МРВ і складала 2 пороги. Для вивчення феномену ПТП дорсальний корінець подразнювали пачкою з 5000 стимулів частотою 300 Гц.

Параметри МРВ – амплітуда, латентний період, поріг виникнення, зміни його амплітуди при зростаючій силі подразнень, характер ПТП – порівнювали з такими ж параметрами у інтактних тварин, отриманих іншими дослідниками (Гайдина Г.А., 1970; Мантуло П.М., 1980; Макій Є.А. та ін., 2000; 2002).

У четвертій серії дослідів (n=18) проводилось визначення вмісту вільних ЖК кислот в структурах головного мозку (кора великих півкуль, гіпокамп, стовбур мозку) методом Фолча (Прохорович М.И., 1982). Естерифіковані ЖК розчиняли в 1 мл хлороформу і визначення їх вмісту (в мкмоль/г тканини мозку) проводили на хроматографі CHROM-5 в ізотермічному режимі з полум`яно-іонізуючим детектором на колонці 5Ч1000 мм із сорбентом хромотон-N-super 5% SE-2100. ЖК виявляли в температурному діапазоні від 185 до 250°С при лінійному безперервному підвищенні температури на 5°С за хвилину. Як внутрішні стандарти використовували набір етилових ефірів ЖК С ("Sigma" США).

В п`ятій серії дослідів (n=25) визначався стан прооксидантної системи в корі головного мозку, гіпокампі і стовбуровому відділі мозку шляхом вивчення вмісту як первинних продуктів ПОЛ – дієнових кон'югатів (ДК), так і вторинних на основі визначення малонового діальдегіду (МДА) за методами (Стальная И.Д., 1979; Гаврилов В.Б. и др., 1983).

В шостій серії дослідів (n=25) досліджували стан антиоксидантної системи шляхом визначення активності каталази і глутатіонпероксидази в вивчаємих структурах головного мозку (Королюк М.А., 1988; Мальцев Г.Ю. и др., 2002).

Дані експериментів оброблювали методами варіаційної статистики та за допомогою програмного забезпечення MicrosoftExcel, Statistica 6,0. Вірогідність отриманих результатів оцінювали за допомогою критерію t-Ст'юдента для параметричних та непараметричних методів (Лакін Г.В., 1990).

РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕНЬ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ

Стан умовно-рефлекторної і поведінкової діяльності щурів за умов експериментальної гіпертироксинемії. Метою першого напрямку наших досліджень було вивчення стану мнестичних (умовно-рефлекторних) функцій та орієнтовно-дослідницької діяльності у щурів за умов гіпертироксинемії (табл. 1).

Таблиця 1

Порівняльна характеристика умовної реакції пасивного уникнення у інтактних щурів та за умов експериментальної гіпертироксинемії

Примітка. * - вірогідність результату у порівнянні з відповідним контролем при рівні достовірності р<0,05.

Як свідчать факти, експериментальна гіпертироксинемія супроводжувалась порушенням інтегративної діяльності ЦНС, стан якої оцінювали на основі визначення поведінково-дослідницької діяльності тварин методом „відкритого поля”, та умовно-рефлекторної діяльності визначенням УРПУ. Тварини були з приблизно однаковою емоційною характеристикою, що визначалось перед дослідом на основі тесту „відкрите поле”.

У тварин з гіпертироксинемією в порівнянні з інтактними тваринами горизонтальна рухливість збільшувалась на 26% (р<0,01) (рис. 1). Орієнтовно-дослідницька активність характеризувалась тенденцією до підвищення, що проявлялось в зростанні кількості обстежених "нірок" від 5,07±0,38 в групі інтактних тварин до 6,15±0,36 в експерименті. Показники емоційно-вегетативного реагування (реакція „грумінг” та кількість болюсів) змінювалась різноспрямовано. Тривалість грумінгу у щурів була на рівні контролю, а кількість болюсів дефекації була зменшена на 61% (р<0,05).

Щодо вивчення мнестичних реакцій за умов гіпертироксинемії – отримані результати дають підставу говорити про погіршення показників умовно-рефлекторної діяльності. Нами встановлено, що кількість амнезованих тварин в інтактній групі становила 43% (р<0,05) (табл. 1). Разом з тим у дослідних тварин з (експериментальною гіпертироксинемією) амнезовані тварини становили 78% (р<0,05). Латентний період реакції тестування навику УРПУ у дослідних тварин (перехід з світлого в темний відсік) зменшувався на 55,6% (р<0,05).

Таким чином, за матеріалами розділу було зроблено висновок, що в дослідженнях мнестичних (умовно-рефлекторних) реакцій і орієнтовно-дослідницької активності (рис. 1) за умов експериментальної гіпертироксинемії стану має місце порушення інтегративної діяльності ЦНС, що виявляється як з боку пізнавальних, так і мнестичних (умовно-рефлекторних) показників. Амнестичний тип умовно-рефлекторної діяльності в експерименті проявляється феноменом ретроградної амнезії, для формування якої широко використовується УРПУ електричного струму. Ця реакція формується в одній пробі. УРПУ представляє собою відносно просту оборонну реакцію уникнення аверсивного струму порогового значення. Вона дає можливість досліджувати основні закономірності формування, зберігання і репродукції умовних рефлексів. Феномен ретроградної амнезії дає можливість, як видно із нашого дослідження, характеризувати зміни пам'яті, які проходять з виробленою навичкою.

Це дає підстави заключити, що тиреоїдні гормони, зокрема Т₄ , відіграють певну роль в умовно-рефлекторній діяльності. Як показано нами, це стосується як зберігання УРПУ, так і орієнтовно-дослідницької діяльності за умов експериментальної гіпертироксинемії. Тому наступні наші дослідження були присвячені вивченню можливих механізмів порушення цих функцій.

Рис. 1. Показники орієнтовно-дослідницької діяльності щурів у "відкритому полі" за умов експериментальної гіпертироксинемії.

Примітки: *- вірогідність результату у порівнянні з контролем при рівні достовірності р<0,05; ** - вірогідність результату у порівнянні з контролем при рівні достовірності р<0,01.

Сегментарні рефлекторні реакції за умов експериментальної гіпертироксинемії та вплив на них тривалої тетанізації. Результати вище означених дослідів можна проаналізувати за допомогою визначення впливу надмірної кількості тироксину на функціонування найпростішої рефлекторної моносинаптичної


8-09-2015, 19:29