Гипервозбудимость нейронов, индуцируемая эпизодами гипоксии в поле CA1 срезов гиппокампа крыс разного возраста

Левин, Сергей Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Гипервозбудимость нейронов, индуцируемая эпизодами гипоксии в поле CA1 срезов гиппокампа крыс разного возраста
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Гипервозбудимость нейронов, индуцируемая эпизодами гипоксии в поле CA1 срезов гиппокампа крыс разного возраста"

На правах рукописи

ЛЕВИН Сергей Геннадьевич

ГИПЕРВОЗБУДИМОСТЬ НЕЙРОНОВ, ИНДУЦИРУЕМАЯ ЭПИЗОДАМИ ГИПОКСИИ В ПОЛЕ СА1 СРЕЗОВ ГИППОКАМПА КРЫС РАЗНОГО ВОЗРАСТА

03.00.13 Физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Пущино 2004

Работа выполнена в Институте Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, г. Пущино

Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор Годухин Олег Викторович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук Семенова Татьяна Павловна

Диссертационного совета Д 002.093.01 в Институте Теоретической и Экспериментальной биофизики РАН по адресу: 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская 3, ИТЭБ РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной библиотеке НЦБИ РАН по адресу: 142290, Московская область, г. Пущино, ул. Институтская 3, ИТЭБ РАН

Автореферат разослан « »_2004г.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

кандидат биологических наук Кичигина Валентина Федоровна

Ведущая организация:

Кафедра Высшей нервной деятельности, МГУ

на заседании

Кандидат физико-математических наук

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Изучение клеточных механизмов, лежащих в основе судорожных расстройств, в том числе и эпилепсий, является актуальным, так как число больных эпилепсией колеблется в разных исследованиях от 3 до 5 на 1000 населения и варьирует в зависимости от возраста: около 2% детей до 2 лет и около 5% восьмилетних уже имеют, в анамнезе, по крайней мере, один эпилептический припадок (Гусев 1994). Второй пик возникновения припадков приходится на юношеский возраст. Риск возникновения эпилептических припадков в зрелом возрасте снижается. В пожилом и старческом возрасте число больных, страдающих эпилептическими припадками, вновь увеличивается (Болдырев 1976; Гусев 1994). Одной из главных причин возникновения судорожных расстройств у человека (особенно в детском возрасте) является гипоксия или ишемия мозга (Hauser, Kurland

Таким образом, гипервозбудимость нейронов определенных областей мозга является одним из главных показателей возникновения судорожной активности. Причем причины, приводящие к возникновению такой гипервозбудимости в нейрональных сетях и, как следствие этого, к возникновению судорожной активности мозга, зависят от стадии онтогенетического развития организма.

Гипервозбудимость нейронов в нервной системе определяется, прежде всего дисбалансом между основной возбуждающей (глутаматергической) и основной тормозной (ГАМКергической) синаптическими передачами. Известно, что гипоксия или ишемия головного мозга в определенный период онтогенетического развития животных и человека способны провоцировать устойчивые эпилептогенные эффекты (Applegate 1996; Chiba 1985; Jensen 1998). Однако соотносительная роль глутамат- и ГАМК-ергических синаптических передач в эпилептогенных эффектах гипоксии или ишемии остается не ясной (Obrenovitch and Zikha 1996). Возможно, что в эпилептогенных эффектах гипоксии / ишемии могут принимать участие и другие механизмы, в частности потенциал-регулируемые мембранные каналы.

1975).

РОС. НАЦИОНАЛI»КАЯ 1 СМ&ДИОТБКА

Поиск ответов на эти вопросы может пролить свет на механизмы, лежащие в основе перестройки нормального паттерна активности нейронов в эпилептиформный.

Цель работы

Целью данной работы являлось исследование механизмов постгипоксической гипервозбудимости нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа крыс трех возрастных групп: 13-14- (молодых), 60-70- (взрослых) и 600-650 (старых) дневных. Основные задачи исследования:

1. Сравнить способность нейрональной сети поля СА1 индуцировать эпилептиформные разряды популяционных спайков в норме и после периодических кратковременных эпизодов гипоксии у животных разных возрастных групп.

2. Выявить роль долговременной потенциации глутаматергической синаптической передачи в механизмах развития эпилептиформных разрядов.

3. Выяснить роль возвратного торможения в опытах с парной стимуляцией в механизмах развития эпилептиформных разрядов.

4. Исследовать сравнительную роль АМРА/каинатных и NMDA рецепторов глутамата в механизмах постгипоксической гипервозбудимости.

5. Исследовать участие L-типа потенциал-зависимых кальциевых каналов в механизмах постгипоксической гипервозбудимости.

6. Исследовать сравнительную роль ГАМКа и ГАМКБ рецепторов в механизмах постгипоксической гипервозбудимости.

Новизна и научно-практическая ценность.

1. В представленной работе впервые была продемонстрирована возможность создания устойчивого следового снижения порога генеза эпилептиформной активности (гипервозбудимость) в поле СА1 срезов гиппокампа крыс 60-70 и 600-650, но не 13-14, дневного возрастов путем воздействия периодических кратковременных эпизодов гипоксии. Развитие этого состояния по некоторым своим характеристикам напоминало развитие традиционного электрического киндлинга (раскачки) ш vivo.

2. Впервые было показано, что развитие гипервозбудимости, вызываемой эпизодами гипоксии, сопровождается увеличением эффективности глутаматергической синаптической передачи в поле СА1 срезов гиппокампа, выделенных только из мозга 6070 дневных животных.

3. В работе впервые было установлено, что возвратное торможение активности пирамидных нейронов поля СА1, регистрируемое в срезах гиппокампа, а также ГАМКа и

ГАМКб рецепторы тормозного нейромедиатора ГАМК не принимают существенного участия в механизмах постгипоксичекой гипервозбудимости.

4. Впервые было продемонстрировано, что постгипоксическая гипервозбудимость пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гшшокампа 60-70 дневных крыс ключевым образом зависит как от функциональной активности L-типа потенциал-зависимых Са2+ каналов, так и ионотропных АМРА /каинатных рецепторов глутамата.

5. Результаты показали, что в нормальных условиях (при отсутствии гипоксических воздействий) нейронная сеть поля СА1 срезов гиппокампа 13-14 и 600-650 дневных крыс более склонна к развитию эпилептиформных событий по сравнению со срезами гиппокампа 60-70 дневных животных.

6. Предложенный новый метод оценки развития устойчивых следовых эпилептиформных событий в переживающих срезах гиппокампа, а также полученные результаты могут быть полезны для изучения клеточных механизмов фокального эпилептогенеза в онтогенезе. Кроме того, эти данные могут облегчить поиск новых терапевтических подходов к лечению судорожных расстройств у человека.

Апуобаиия работы. Материалы работы доложены на школе-конференции "Горизонты физико-химической биологии" (Пущино, 2000); на VII Всероссийской школе молодых ученых "Актуальные проблемы нейробиологии" ( Казань, 2000); на XVIII съезде физиологов России (Казань, 2001); на FENS FORUM (Brighton, UK, 2000); на VI British Neuroscience Association (Harrogate, UK, 2001); на конференци "От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям" (Пущино, 2002); на 7-ой и 8-ой городских конференциях молодых ученых (Пущино, 2003, 2004); на заседании Путинского отделения Физиологического общества РФ (Пущино, 2004).

Публикации Материалы диссертации отражены в 12 печатных работах, опубликованных в отечественных и зарубежных изданиях.

Структура и объём диссертаиии Диссертация изложена на 105 стр. и состоит из введения, обзора литературы, описания методики, результатов и их обсуждения, заключения и выводов. Список цитируемой литературы состоит из 170 источников. Диссертация содержит 27 рисунков и таблиц.

Материалы и методы исследования.

Для работы использовались срезы гшшокампа самцов крыс Вистар разных возрастных групп: 13-14- (n=25), 60-70- (n=80) и 600-650- (n=40) дневные животные.

2ыс 5 мс

I П

Рис. 1. Схема регистрации активности пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа.

А. Расположение электродов для регистрации популяционных ответов нейронов в поле СА1. 1 и 2 - регистрирующие внеклеточные микроэлектроды и соответствующие формы ответов; stim -биполярный стимулирующий электрод; sch - КШ/КВ; PrV - пресинаптический популяционный спайк; fEPSP - полевой ВПСП; PS - популяционный спайк пирамидных нейронов. Слои гиппокампа. pir. - stratum pyramidale, rod. - stratum radiation. Наклон пВПСП измерялся как значение мВ/мс. Амплитуды PrV и PS измерялись в мВ. Эффективность тормозного процесса в опытах с парной стимуляцией коллатералей Шаффера измеряли при межстимульных интервалах от 17 до 22 мс по формуле: (А2 / А) х 100%, где А1 и А2 - амплитуды популяционного спайка пирамидных нейронов соответственно на первый и второй стимулы.

Б. Популяционные ответы, регистрируемые в stratum pyramidale поля СА1 через 4 часа после начала суперфузии срезов гиппокампа без (I) и после (II) трех эпизодов гипоксии. Ответы расположены снизу вверх по мере увеличения силы тестирующего стимула. Стрелкой обозначен "дополнительный спайк", порог которого (ПГДС) взят за критерий оценки развития эпилептиформных разрядов.

Регистрация вызванных популяционных ответов производилась с помощью двух стеклянных микроэлектродов в ответ на электрическую стимуляцию коллатералей Шаффера через 3 часа после начала суперфузии срезов. Регистрирующие микроэлектроды устанавливались в stratum radiatum поля СА1 для регистрации популяционного спайка

пресинаптических волокон (ПрС) с полевым возбуждающим постсинаптическим

потенциалом (пВПСП) и в stratum pyramidale для регистрации популяционного спайка (ПС) пирамидных нейронов (рис.1 А).

Для оценки развития долговременной потенциации глутаматергической синаптической передачи определялась зависимость наклона полевого возбуждающего постсинаптического потенциала пВПСП (мВ/мс) от амплитуды ПрС (мВ).

Эффективность торможения активности пирамидных нейронов оценивали в опытах с парной стимуляцией коллатералей Шаффера, и измеряли при межстимульных интервалах 17 - 24 мс по формуле: (Аг / Ai) х 100%, где Ai и Аг - амплитуды ПС соответственно на первый и второй стимулы.

В качестве эпилептогенной стимуляции использовались 3 эпизода гипоксии (Рис. 1Б). Каждый эпизод был длительностью 3 минуты, интервал между эпизодами составлял 10 минут. Количественным критерием развития гипервозбудимости (эпилептиформной активности (ЭФА)) служили: (1) число ПС в разряде пирамидных нейронов в ответ на одиночный электрический стимул (ЧПС) и (2) порог (цА) генерации второго (дополнительного) ПС в разряде в ответ на одиночный электрический стимул (ПГДС).

Для оценки роли NMDA рецепторов глутамата, АМРА/каинатных рецепторов глутамата, L-типа потенциал-зависимых кальциевых каналов (L-ПЗКК), ГАМКа И ГАМКв рецепторов ГАМК в развитии гипервозбудимости, вызванной эпизодами гипоксии, использовали соответсвующие блокаторы: антагонист NMDA рецепторов),

CNQX антагонист АМРА/каинатных рецепторов), нифедипин

специфический блокатор L-ПЗКК), бикукуллин (10 мкМ, селективный антагонист ГАМКа рецепторов) и саклофен (10 мкМ, селективный антагонист рецепторов).

Использование данных фармакологических веществ в тех же концентрациях и в течение того же времени в контрольных экспериментах показало, что они сами по себе не оказывают влияния на параметры регистрируемой нейрональной активности.

Экспериментальные данные каждой серии были усреднены и представлены в виде среднее ± ошибка среднего. Оценку достоверности различий осуществляли посредством сравнения параметров активности после эпизодов гипоксии с контрольными значениями в те же моменты времени (односторонний t - тест) и между группами животных (двухсторонний t-тест). При значениях Р < 0.05 различия считались достоверными.

Результаты исследования

1. Гинервозбудимость, индуцируемая тремя эпизодами гипоксии в поле СА1 срезов гиппокампа крыс разного возраста

Из рисунка 2.А видно, что кратковременные эпизоды гипоксии не приводят к

развитию разрядов ПС в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа молодых животных, тогда как у взрослых и старых животных это воздействие приводит к развитию вызванных одиночным электрическим стимулом эпилептиформпых разрядов ПС.

Рис. 2. Эффекты 3-х эпизодов гипоксии на развитие эпилептиформных разрядов ПС в поле СА1 срезов гиппокампа у 13-14-ти, 60-70-ти и 600-650 дневных животных.

А. Типичные формы ПС ответов в stratum pyramidale поля СА1: а - молодые (13-14 дневные); б - взрослые (60-70 дневные) и в - старые (600-650 дневные) крысы. 0 - регистрация до эпизодов гипоксии; 100 - регистрация через 100 минут после воздействия эпизодов гипоксии и 180 - регистрация через 180 минут после гипоксических эпизодов.

Б. Динамики изменения ПГДС после 3-х периодических эпизодов гипоксии. Молодые (1314 дневные) (Ж), взрослые (60-70 дневные) (■) и старые (600-650 дневные) (♦). Контрольные значения приняты за единицу. Экспериментальные данные нормированы относительно контроля. За нуль времени принята последняя регистрация перед воздействием, далее отсчет времени ведется от окончания последнего эпизода гипоксии. Разбросы показывают стандартную ошибку среднего. Достоверность отличия от контроля (Р<0,05) у взрослых ( * ) и старых (**) крыс.

На рисунке 2.Б показана динамика развития ПГДС в пирамидных нейронах поля СЛ1 срезов гиппокампа у трех групп животных после предъявления эпизодов гипоксии. Как видно из графика, у молодых животных динамика изменения ПГДС не отличается от контрольных значений.

У взрослых она характеризуется резким снижением ПГДС сразу после окончания воздействия пшоксических эпизодов с его последующим постепенным снижением. Через 20 минут после гипоксического воздействия ПГДС снижался до 65±0.6%. Эти данные могут говорить о прогрессирующих изменениях свойств поля СЛ1 при таком периодическом воздействии.

У старых животных эпизоды гипоксии приводят к снижению значений ПГДС. Однако, снижение ПГДС в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа было относительно кратковременным. Значения ПГДС возвращались к контрольному значению через 120 минут после окончания эпизодов.

Полученные результаты позволяют заключить, что у взрослых и старых крыс, в отличие от молодых, периодические кратковременные эпизоды гипоксии вызывают развитие эпилептиформных разрядов в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа. Однако эти разряды в поле СА1 срезов гиппокампа старых крыс развивались менее эффективно, чем у взрослых животных.

2. Возникновение разрядов популяционных спайков в срезах гиппокампа крыс разного возраста без гипоксических эпизодов

В норме (без предъявления эпизодов гипоксии) пирамидные нейроны поля СА1 в срезах гиппокампа молодых и старых крыс были исходно более склонны к развитию разрядов популяционных спайков по сравнению с нейронами взрослых животных (Рис.

3.) Их значения ПГДС были достоверно ниже (для молодых животных - 30 ± 3 мкА, для старых - 22 ± 1,6 мкА), а значения ЧПС выше (для молодых животных 2,1 ± 0,3 и для старых животных 2,8 ± 0,3) соответствующих значений для взрослых животных: ПГДС (61 ± 1,5 мкА) и ЧПС (1,8 ± 0,2).

Результаты данного исследования позволили показать, что нейрональная сеть поля СА1 срезов гиппокампа молодых и старых животных исходно (без предъявления эпизодов гипоксии) более склонна к развитию эпилептиформных событий по сравнению с нейрональной сетью поля СА1 срезов гиппокампа взрослых животных.

Полученные в нашей работе экспериментальные данные об исходной повышенной склонности нейрональной сети поля СА1 гиппокампа у старых, а также молодых крыс к развитию эпилептиформных разрядов не являются неожиданными, принимая во внимание

клинические данные о наличии двух онтогенетических максимумов в частоте встречаемости судорожных расстройств у человека (Hauser, Kurland, 1993; Болдырев, 1994).

Рис 3. Порог генерации дополнительного спайка (ПГДС) и число популяционных спайков (ЧПС) в норме (без предъявления эпизодов гипоксии) в поле СА1 срезов гиппокампа у трех групп животных.

А. ПГДС у трех групп животных в норме. Показано слева - направо, молодые, взрослые и старые животные. Разбросы показывают стандартную ошибку среднего. * - достоверность отличия от взрослой группы животных при Р<0,05 соответственно.

Б. ЧПС у трех групп животных в норме. Показано слева - направо: молодые, взрослые и старые животные. Разбросы и достоверность как на рис 3 А.

3. Изменения в эффективности глутаматергической синаптической передачи после трех эпизодов гипоксии

На рисунке 4 показана динамика изменения нормированных значений величин наклона пВПСП в разные моменты времени после эпизодов гипоксии. Как видно из рисунка, в поле СА1 срезов гиппокампа молодых животных эпизоды гипоксии вызывали

двухфазное изменение эффективности глутаматергической передачи: потенциацию в интервале 20 - 100 мин и депрессию в интервале 120 - 140 мин после эпизодов гипоксии. У взрослых животных кратковременные эпизоды гипоксии вызывают достоверное увеличение наклона пВПСП (потенциацию глугаматергической синаптической передачи) только в интервале 40 - 80 мин после гипоксии без последующей депрессии этой передачи в отличие от срезов гиппокампа 13-14 дневных крыс. Тогда как у старых животных, в отличие от 13-14 и 60-70 дневных крыс, эпизоды гипоксии не приводили к достоверному увеличению эффективности глугаматергической передачи в поле СА1 пирамидных нейронов.

2-1 1.81.61.4-

с 1 1 Ш 0.8-

0.Б -0.40.20-

Рис. 4. Динамики изменения наклона пВПСП после кратковременных эпизодов гипоксии у трех возрастных групп животных.

Молодые (13-14 дневные) (А), взрослые (60-70 дневные) (■) и старые (600-650 дневные) (♦). Контрольные значения - линия, принята за единицу. Экспериментальные данные нормированы относительно контроля. За нуль времени принята последняя регистрация перед воздействием, далее отсчет времени ведется от окончания последнего эпизода гипоксии. Разбросы показывают стандартную ошибку среднего. Достоверность отличия от контрольных значений (Р<0,05) у взрослых (*) и молодых (**) животных.

Результаты проведенных исследований показали, что для данпых возрастных групп животных наблюдается разное по величине и длительности увеличение эффективности глутаматергической передачи в САЗ-СА1 синапсах срезов гиппокампа в одно и то же время после предъявления эпизодов гипоксии. Наиболее выражено оно было в срезах гиппокампа молодых и недостоверно в срезах гиппокампа старых крыс. Однако, такая "пшоксическая" долговременная потенциация глугаматергической передачи сопровождается появлением ЭФА в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа только у взрослых, но не у молодых крыс. Это говорит о том, что долговременная потенциация глутаматергической синаптической передачи не является необходимой для инициации и поддержания эпилептиформной активности.

Несмотря на то, что в основе этих двух постгипоксических феноменов (развитие ЭФА и долговременной потенциации глутаматергической передачи) лежат разные механизмы, вызванная эпизодами гипоксии долговременная потенциация глутаматергической синаптической передачи, по-видимому, способна приводить к облегчению развития следовых устойчивых эпилептогенных событий.

4. Изменения в эффективности торможения после трех эпизодов гипоксии у крыс разного возраста

В опытах с парной стимуляцией (рис. 5.А) пшоксические эпизоды у молодых животных сразу после воздействия приводят к депрессии тормозного процесса (увеличению амплитуды второго ПС относительно первого), которое сохраняется на протяжении всего времени регистрации.

В отличие от молодых крыс, у взрослых животных после предъявления кратковременных эпизодов гипоксии (рис. 5А) происходит резкое увеличение эффективности торможения в опытах с парной стимуляцией (снижение амплитуды второго ПС относительно первого), которое держится на протяжении всего времени регистрации активности в срезе пшпокампа.

После предъявления кратковременных эпизодов гипоксии в поле СА1 срезов гиппокампа старых животных (рис. 5.А) происходит увеличение торможения, которое, в отличие от срезов гиппокампа 60-70 дневных животных, сохраняется только в течение 80 минут после гипоксии.

Таким образом, при сравнении трех возрастных групп животных было обнаружено, что, в поле СА1 срезов гиппокампа как взрослых, так и старых животных, после предъявления кратковременных эпизодов гипоксии происходит увеличение тормозного процесса. Однако у старых животных, в отличие от взрослых, этот эффект менее продолжителен по времени. Несмотря на усиление эффективности торможения у этих групп животных, она не способна блокировать развитие гипервозбуждения, вызванного эпизодами гипоксии в пирамидных нейронах гиппокампа. В срезах гиппокампа молодых животных, в отличие от более старших групп, сразу после воздействия наблюдается депрессия тормозного процесса, которая сохраняется на протяжении всего времени регистрации.

5. Эффективность торможения в опытах с парной стимуляцией в норме (без гипоксических эпизодов)

На рисунке 5.Б показаны гистограммы значений эффективности тормозного процесса, регистрируемых в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа у трех

А.

Время (мин.)

120п 1008060-

40200-

Рис 5 Динамика изменения значений амплитуды второго спайка относительно первого спайка, регистрируемых в поле СА1 срезов гиппокампа крыс разного возраста.

А. После предъявления эпизодов гипоксии у трех возрастных групп животных: молодые (1314 дневные) (А), взрослые (60-70 дневные) (и) и старые (600-650 дневные) - (•) Контрольные значения - пунктирная линия, принятая за единицу Экспериментальные данные нормированы относительно контроля За нуль времени принята последняя регистрация перед воздействием, далее отсчет времени ведется от окончания последнего эпизода гипоксии Разбросы показывают стандартную ошибку среднего Достоверность отличия от контроля при Р<0,05 соответственно для * - взрослые животные, ** - молодые животные и *** - старые животные

Б. Эффективность торможения в опытах с парной стимуляцией в поле СА1 срезов гиппокампа у трех возрастных групп животных в норме (без предъявления эпизодов гипоксии) Слева - направо, молодые, взрослые и старые животные. Разбросы показывают стандартную ошибку среднего * - достоверность отличия от взрослой группы животных (Р<0,05)

возрастных групп животных в норме (без предъявления кратковременных эпизодов гипоксии). По сравнению со взрослыми животными, процесс торможения в поле СА1 срезов гиппокампа у молодых и старых животных в норме менее эффективен, что указывает на потенциально повышенную склонность гиппокампа этих возрастных групп к эпилептогенезу (не индуцируемому кратковременными эпизодами гипоксии)

6. Роль NMDA рецепторов глутамата, АМРА/каинатных рецепторов глутамата и L-типа потенциал-зависимых Са2+ каналов в эпилеитиформной активности (ЭФА), индуцируемой эпизодами гипоксии в поле СА1 срезов гиппокампа 60-70 дневных крыс

6.1. Эффект селективного антагониста NMDA рецепторов глутамата АРУ

APV (25 цМ) частично устранял снижение ПГДС и полностью - увеличение ЧПС, вызванное эпизодами гипоксии (рис. 6.А). Это говорит в пользу того, что развитие ЭФА при данном типе воздействия зависит от активации NMDA-зависимой Са2+ проводимости только частично. Тот факт, что APV не устраняет полностью снижения ПГДС после кратковременных эпизодов гипоксии указывает на то, что существуют дополнительные факторы, необходимые для индукции постгипоксической ЭФА, к которым, в частности, могут относится потснциал-управляемые ионные каналы, каналы, регулируемые другими рецепторами глутамата или другими нейротрансмиттерами (Mody et al., 1987; Wilson et al., 1992; Hammond et al., 1994; Bernard and Wheal, 1995).

6.2. Эффект антагониста АМРА/каинатных рецепторов глутамата CNQX

На рисунке 6.Б представлена динамика развития ПГДС и ЧПС после предъявления кратковременных эпизодов гипоксии на фоне CNQX и без него. Было обнаружено,

что CNQX полностью - блокировал снижение ПГДС и увеличение ЧПС, вызванное эпизодами гипоксии. Из этого вытекает, что развитие ЭФА при данном типе воздействия ключевым образом зависит от активации АМРА/каинатных рецепторов глутамата.

6.3. Эффект селективного блокатора L-muna потенциал-зависимых Са+2 каналов нифедипина

Селективный блокатор L-типа потенциал-зависимых кальциевых каналов нифедипин (10 цМ) полностью блокировал снижение ПГДС и увеличение ЧПС, вызванное эпизодами гипоксии (рис. 6.В). Отсюда можно сделать заключение, что индуцируемая повторяющимися эпизодами гипоксии ЭФА ключевым образом зависит также от функциональной активности L-типа потенциал-зависимых Са2+ каналов.

Суммируя полученные данные, можно сделать предположение относительно механизмов долговременного снижения порога генерации ЭФА в использованной модели эпилептогенеза. Ключевая роль в трансформации нейрональной сети поля СА1 гиппокампа в проэпилептогенное состояние в ответ на периодические кратковременные эпизоды гипоксии принадлежит L-типу потенциал-зависимых Са2+ каналов и АМРА / каинатным рецепторам глутамата. Вход Са2+ через NMDA-регулируемые Са2+ каналы

Рис. 6. Эффекты действия APV (25 цМ), CNQX (5 цМ) и нифедм^и на)н а развитие эиилеитиформных событий в поле CAI срезов гиппокамла, индуцированных эпизодами гипоксии.

A. Динамика ПГДС и ЧПС после кратковременных эпизодов гипоксии на фоне (Ж) и без (■) APV. Значения нормированы относительно контрольных значений. Здесь и далее звездочками отмечены значения параметров, достоверно (Р < 0,05) отличающиеся от контрольных значений.

Б. Динамика ПГДС и ЧПС после кратковременных эпизодов гипоксии на фоне (А) и без (■) CNQX. Значения нормированы относительно контрольных значений.

B. Динамика ПГДС и ЧСП после кратковременных эпизодов гипоксии на фоне (А) и без (■) нифедипин. Значения нормированы относительно контрольных значений.

играет, по-видимому, только модулирующую (облегчающую) роль в развитии постгипоксической ЭФА.

7. Роль ГАМКд и ГАМКб рецепторов ГАМК в эпилептиформной активности, индуцируемой эпизодами гипоксии в поле СА1 срезов гиппокампа 60-70 дневных крыс

На рисунке 7.А представлена динамика изменений значений параметров ПГДС и ЧПС, регистрируемых в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа в ответ на кратковременные периодические эпизоды гипоксии и эпизоды гипоксии на фоне

бикукуллина. Блокатор ГАМКа рецепторов бикукуллин (10 цМ) не влиял ни на снижение ПГДС, ни на увеличение ЧПС, индуцируемых эпизодами гипоксии в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа взрослых крыс. А.

Рис. 7. Эффекты действия бикукуллина (10 цМ) и саклофена (10 цМ) на развитие эпилептиформных событий в поле CAI срезов гиппокампа, индуцированных эпизодами гипоксии.

А. Динамика ПГДС и ЧСП после периодических эпизодов гипоксии на фоне (А) и без (■) бикукуллина. Значения нормированы относительно контрольных значений. Здесь и далее звездочками отмечены значения параметров, достоверно (Р < 0,05) отличающиеся от контрольных значений.

Б. Динамика ПГДС и ЧСП после периодических эпизодов гипоксии на фоне (А) и без (■) саклофена. Значения нормированы относительно контрольных значений.

На рисунке 7.Б представлена динамика изменений значений параметров ЭФА (ПГДС и ЧПС), регистрируемой в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа в ответ на кратковременные периодические эпизоды гипоксии и эпизоды гипоксии на фоне саклофена. Блокатор ГАМКб рецепторов с а к л о® е влиял на снижение ПГДС,

индуцируемое эпизодами гипоксии, но устранял эффекты гипоксии на параметр ЧПС в интервале времени 60-120 минут после гипоксии.

Таким образом, полученные результаты позволяют считать, что ГАМКд И ГАМКв рецепторы ГАМК, по-видимому, не принимают значительного участия в вызванной периодическими кратковременными эпизодами гипоксии гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа взрослых крыс.

Исходя из полученных данных, на рисунке 8 показана гипотетическая модель

Рис. 8. Предполагаемая схема формирования эпилептиформной пачечной активности в пирамидном нейроне поля CAI гиппокампа яа основе пароксюмального деполяризационного сдвига, опосредованного L-тилом потенциал-зависимых Са3+ каналов или АМРА/каинатными рецепторами глутамата.

КШ/КВ - коллатерали Шаффера/ комиссуральные волокна, ИН - тормозные интернейроны, минус — тормозные ГАМКергические синапсы, плюс - возбуждающие глутаматергические синапсы. 1 - АМРА/каинатные рецепторы глутамата; 2 - NMDA рецепторы глутамата; 3 - L- тип потенциал-зависимых Саг* каналов; 4 - возвратное торможение опосредованное ГАМКл рецепторами; 5 - прямое торможение опосредованное ГАМКб рецепторами.

участия синаптических NMDA-зависимых Са2+ каналов, L-типа потенциал-зависимых кальциевых каналов, АМРА/каинатных рецепторов глутамата, а также роль ГАМКа и ГАМКб рецепторов в механизмах индукции постгипоксической гипервозбудимости в пирамидных нейронах поля СА1 срезов пшпокампа. Периодические кратковременные эпизоды гипоксии индуцируют длительные следовые изменения в свойствах L-типа потенциал-зависимых кальциевых каналов и АМРА/каинатных рецепторов глутамата, что

приводит к возникновению пароксизмального деполяризационного сдвига мембранного потенциала. На фоне такого сдвига развиваются пачки №+- потенциалов действия.

Долговременная потенциация глутаматергической синаптической передачи связана с усилением функциональной активности АМРА/каинатных рецепторов и таким образом способна облегчать развитие постгипоксической гипервозбудимости, ГАМКд И ГАМКб рецепторы ГАМК, по-видимому, не принимают существенного участия в вызванной периодическими кратковременными эпизодами гипоксии гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа.

Проведенные исследования, по нашему мнению, позволяют внести ясность в механизмы формирования постгипоксических вызванных эпилептиформных разрядов в поле СА1 срезов гиппокампа, ключевая роль в инициации которых принадлежит АМРА/каинатным рецепторам и L-типу потенциал-зависимых кальциевых каналов.

выводы

1. Периодические кратковременные эпизоды гипоксии способны индуцировать устойчивые следовые эпилептиформные события (пшервозбудимость) в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа у взрослых и старых, но не молодых крыс.

2. Развитие гипервозбудимости сопровождается долговременным увеличением эффективности глутаматергической передачи в САЗ — СА1 синапсах срезов гиппокампа взрослых, но не старых крыс, что указывает на то, что долговременная потенциация глутаматергической передачи не является ключевым фактором в индукции постгипоксической гипервозбудимости.

3. В поле СА1 срезов гиппокамла молодых животных периодические кратковременные эпизоды гипоксии вызывают депрессию торможения в опытах с парной стимуляцией, тогда как в поле СА1 срезов гиппокампа взрослых и старых животных происходит наоборот усиление этого торможения.

4. Нейрональная сеть поля СА1 гиппокампа молодых и старых животных исходно (без предъявления эпизодов гипоксии) имеет более низкий порог генеза вызванных эпилептиформных разрядов и менее эффективные тормозные процессы по сравнению с нейрональной сетью взрослых животных.

5. Вход Са2+ через L-тип потенциал-зависимых кальциевых каналов и активация АМРА/каинатных рецепторов глутамата играют ключевую роль в постгипоксической гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа. Тогда как NMDA рецепторы глутамата оказывают модулирующее (облегчающее) влияние на эпилептогенные эффекты эпизодов гипоксии.

6. ГАМКд и ГАМ КБ рецепторы тормозного нейромедиатора ГАМК не принимают значительного участия в постгипоксической гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 99-04-48444 и № 02-04-48507).

Список опубликованных работ по теме диссертации:

Статьи.

1. Калеменев СВ., Савин А.В., Левин С.Г., Годухин О.В. Долговременная потенциация глутаматергической передачи и эпилептиформная активность, вызванные кратковременными эпизодами аноксии в поле СА1 срезов гиппокампа крыс. Российский физиологический журнал. 2000. Т. 86.(12) С. 1676-1680.

2. Godukhin О., Savin A., Kalemenev S., Levin S. Neuronal hyperexcitability induced by repeated brief episodes of hypoxia in rat hippocampal slices: involvement of ionotropic glutamate receptors and L-type Ca2+ channels. Neuropharmacology. 2002. V. 42.(4) P. 459-466.

3. Yehikhov S., Shchipakina Т., Savina Т., Kalemenev S., Levin S., Godukhin O. The role of Ca2+/calmodulin-dependent protein kinase П in mechanisms underlying neuronal hyperexcitability induced by repeated, brief exposure to hypoxia or high K+ in rat hippocampal slices. Neuroscience Letters. 2002. V. 335.(1) P. 21-24.

4. Левин С.Г., Калеменев СВ., Годухин О.В. Гипервозбудимость нейронов поля СА1, вызванная кратковременными эпизодами гипоксии в срезах гиппокампа поля крыс разного возраста. Российский физиологический журнал. 2004. Т. 90.(1) С 121-126.

5. Левин С.Г., Годухин Изменения в возбудимости пирамидных нейронов поля СА1, вызванные периодическими кратковременными эпизодами гипоксии в срезах гиппокампа старых крыс. Российский физиологический журнал. 2004. (в печати).

Тезисы.

1. Левин С.Г., Савин А.В., Калеменев СВ., Годухин О.В. Влияние кратковременных эпизодов гипоксии на развитие долговременной потенциации глутаматергической передачи и эпилептиформной активности в поле СА1 срезов гиппокампа крыс. Тезисы докладов, горизонты физико-химической биологии, школа-конференция, Пущино, 28 мая - 2 июня, 2000. С. 13-14.

2. Левин С.Г., Савин А.В., Калеменев СВ., Годухин О.В. Долговременная потенциация глутаматергической передачи и эпилептиформная активность, инициируемая эпизодами аноксии. Тезисы докладов, актуальные проблемы нейробиологииГУП Всероссийская школа молодых ученых, Казань, 27-29 сентября, 2000. С 62-63.

3. Левин С.Г., Калеменев СВ., Савин А.В. и Годухин О.В. Клеточные механизмы, вовлеченные в развитие эпилептиформной активности, вызванные эпизодами аноксии, в поле СА1 гиппокампа крыс. Тезисы докладов ХШ съезда физиологического общества имени И.П. Павлова, Казань, 25-28 сентября, 2001. С. 137.

4. О. Godukhin, S. Kalemenev, S. Levin, A. Savin. Neuronal hyperexcitability induced by repeated, brief exposure to hypoxia or high K+. Abstracts of VI British Neuroscience Association. Harrogate, UK, 2001. P. 43.

5. Левин С.Г., Калеменев СВ., Годухин О.В. Влияние кратковременных эпизодов аноксии на процесс торможения в поле СА1 гиппокампа крыс. Сборник трудов конференций "От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям", Пущино, 11-14 ноября, 2002. С 90.

6. Левин С.Г., Калеменев СВ., Савина Т.А., Ечиков С.Н., Щипакина Т.Г., Годухин О.В. Участие Са2+/кальмодулин-зависимой протеинкиназы П в развитии эпилептиформной активности, вызванной эпизодами аноксии, в поле СА1 гиппокампа крыс. Сборник трудов конференций "От современной фундаментальной биологии к новым наукоемким технологиям", Пущино, 11-14 ноября, 2002. С 90.

7. Левин С.Г., Калеменев СВ., Годухин О.В. Сравнительный анализ двух возрастных групп животных до и после предъявления трех эпизодов гипоксии. "Биология -наука XXI века". 7-я Путинская школа-конференция молодых ученых, 14-18 апреля,2003. С. 29.

8. Левин С.Г., Годухин О.В. Влияние эпизодов гипоксии на развитие эпилептиформной активности в поле СА1 срезов гиппокампа крыс разного возраста. "Биология - наука XXI века". 8-я Путинская школа-конференция молодых ученых, 17-21 мая, 2004. С. 120.

Принято к исполнению 19/08/2004 Исполнено 20/08/2004

Заказ № 288 Тираж. 80 экз

ООО «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 Москва, Балаклавский пр-т, 20-2-93 (095)747-64-70 (095)318-40-68 www autoreferat ru

1 52 § 3

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Левин, Сергей Геннадьевич

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Причины возникновения судорожных расстройств в разных возрастных группах.

1.2. Раскачивающая модель эпилептогенеза (киндлинг).

1.2.1. In vivo киндлинг.

1.2.2. In vitro киндлинг.

1.3. Общие принципы морфо-функциональной организации полей гиппокампа

1.4. Возможные механизмы развития эпилептиформной активности в пирамидных нейронах поля СА1 гиппокампа, индуцируемой кратковременными эпизодами гипоксии.

1.4.1. Потенциал-управляемые ионные каналы.

1.4.2. Глутаматергическая синаптическая передача.

1.4.3. ГАМКергическая синаптическая передача.

1.5. Роль долговременной потенциации глутаматергической синаптической передачи (ДПСП) в раскачивающей модели эпилептогенеза.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

2.1 Методика переживающих срезов гиппокампа крыс.

2.1.1. Приготовление и поддержание жизнедеятельности срезов гиппокампа

2.1.2. Регистрация популяционных ответов в поле СА1 срезов гиппокампа крыс

2.1.3. Оценка эффективности глутаматергической передачи в САЗ-СА1 синапсах.

2.1.4. Оценка эффективности опосредованных ГАМК тормозных процессов в поле СА1.

2.2. Раскачивающая (киндлинг) in vitro модель эпилептогенеза.

2.3. Фармакологический анализ роли АМРА и NMDA глутаматных рецепторов и L-типа потенциал-зависимых Са каналов в механизмах гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1, индуцируемой эпизодами гипоксии.

2.4. Фармакологический анализ роли ГАМКд и ГАМКб рецепторов в механизмах гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1, индуцируемой эпизодами гипоксии.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. In vitro киндлинг - подобное состояние, индуцируемое эпизодами гипоксии

3.1.1. Срезы гиппокампа 13-14 дневных крыс.

3.1.2. Срезы гиппокампа 60-70 дневных крыс.

3.1.3. Срезы гиппокампа 600-650 дневных крыс.

3.1.4. Развитие ЭФА в срезах гиппокампа крыс разного возраста без гипоксических эпизодов

3.2. Изменения в эффективности глутаматергической синаптической передачи после 3-х эпизодов гипоксии.

3.2.1. Срезы гиппокампа 13-14 дневных крыс.

3.2.2. Срезы гиппокампа 60-70 дневных крыс.

3.2.3. Срезы гиппокампа 600-650 дневных крыс.

3.3. Изменения в эффективности ГАМКергической передачи после 3-х эпизодов гипоксии.

3.3.1. Срезы гиппокампа 13-14 дневных крыс.

3.3.2. Срезы гиппокампа 60-70 дневных крыс.

3.3.3. Срезы гиппокампа 600-650 дневных крыс.

3.3.4. Эффективность торможения в опытах с парной стимуляцией в норме (без гипоксических эпизодов).

3.4. Роль АМРА и NMDA рецепторов глутамата в ЭФА, индуцируемой эпизодами гипоксии.

3.4.1. Эффект селективного антагониста NMDA рецепторов глутамата APV на ЭФА, индуцируемую тремя эпизодами гипоксии.

3.4.2. Эффект антагониста АМРА / каинатных рецепторов глутамата CNQX на ЭФА, индуцируемую тремя эпизодами гипоксии.

3.5 Роль L-типа потенциал-зависимых Са2+ каналов в ЭФА, индуцируемой эпизодами гипоксии.

3.6. Роль ГАМКа и ГАМКб рецепторов в ЭФА, индуцируемой эпизодами гипоксии.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Гипервозбудимость нейронов, индуцируемая эпизодами гипоксии в поле CA1 срезов гиппокампа крыс разного возраста"

Изучение клеточных механизмов, лежащих в основе судорожных расстройств, в том числе и эпилепсий, является актуальным, так как число больных эпилепсией колеблется в разных исследованиях от 3 до 5 на 1000 населения и варьирует в зависимости от возраста: около 2% детей до 2 лет и около 5% восьмилетних уже имеют, а анамнезе, по крайней мере, один эпилептический припадок (Гусев, Бурд 1994). Второй пик возникновения припадков приходится на юношеский возраст. Риск возникновения (впервые в жизни) эпилептических припадков в зрелом возрасте снижается. В пожилом и старческом возрасте число больных, страдающих эпилептическими припадками, вновь увеличивается (Болдырев 1976; Гусев, Бурд 1994). Одной из главных причин возникновения судорожных расстройств у человека (особенно в детском возрасте) является гипоксия или ишемия мозга (Hauser, Rurland 1975).

Многочисленными работами исследователей этих заболеваний установлено, что в основе развития судорожных расстройств лежит возникновение синхронного пароксизмального деполяризационного сдвига мембраны в определенной популяции нейронов головного мозга, сопровождающегося развитием вызванных и спонтанных эпилептиформных пачечных разрядов (Jefferys, 1990; McCormick and Contreras 2001). Механизмы, связанные с трансформацией нормального паттерна активности нейронов определенных областей мозга в эпилептиформный, исследуют как на уровне одиночных нейронов (включая нарушения в функционировании мембранных каналов на поверхности клеточных мембран), так и на уровне нейронных сетей (включая синаптические взаимодействия (Погодаев 1986; Бейн 1997).

Несмотря на долгую историю изучения судорожных расстройств, их механизмы остаются во многом непонятными до сих пор. Одной из ключевых проблем, касающихся этих механизмов, является вопрос о том, могут ли факторы окружающей среды (такие как стресс, аноксия, гипоксия, ишемия и т. д.) снижать порог развития судорожной активности в нейронах мозга и, если да, то как их эпилептогенные эффекты зависят от возраста животного или человека.

Гипервозбудимость нейронов определенных областей мозга является одним из главных показателей возникновения судорожной активности. Причем причины, приводящие к возникновению такой гипервозбудимости в нейрональных сетях и, как следствие этого, к возникновению судорожной активности мозга зависят от стадии онтогенетического развития организма.

Гипервозбудимость нейронов в нервной системе определяется, прежде всего, дисбалансом между основной возбуждающей (глутаматергической) и основной тормозной (ГАМКергической) синаптическими передачами. Известно, что гипоксия или ишемия головного мозга в определенный период онтогенетического развития животных и человека способны провоцировать устойчивые эпилептогенные эффекты (Applegate and Lombroso 1996; Chiba 1985; Jensen, Stevens 1998). Однако соотносительная роль глутамат-и ГАМК-ергических синаптических передач в эпилептогенных эффектах гипоксии или ишемии остается не ясной (Obrenovitch and Zikha 1996). Возможно, что в эпилептогенных эффектах гипоксии / ишемии могут принимать участие и другие механизмы, в частности потенциал-регулируемые мембранные каналы.

Как уже отмечалось выше, наиболее характерной чертой паттерна электрических разрядов нейронов в эпилептогенном фокусе являются пачки потенциалов действия, генерируемые во время пароксизмального деполяризационного сдвига мембранного потенциала. Это указывает на то, что механизм развития синхронизированной пачечной активности в популяции нейронов может быть ключевым фактором в возникновении эпилептогенного фокуса. Способность нейрона генерировать пачечные эпилептиформные разряды может определяться либо мощным возбуждающим синаптическим входом (т.е. лиганд-управляемыми Na+ или Са2+ каналами постсинаптической мембраны) или снижением тормозных влияний, либо гипервозбудимостью внесинаптической мембраны, зависящей прежде всего от потенциал-зависимых Na+, Са2+ и К+ каналов. Ясно, что исследование роли различных ионных каналов, а также синалтических процессов в генезе эпилептиформных разрядов, по всей вероятности, имеет ключевое значение для объяснения клеточных механизмов эпилептогенеза.

За последние годы разработан целый ряд экспериментальных моделей эпилептогенеза in vivo и in vitro, селекционированы животные, генетически предрасположенные к судорожной активности (Taylor 1988; Веретенников 1996). Однако до настоящего времени остается неясным вопрос о тех синалтических и внесиналтических компонентах нейронов мозга, которые определяют патологические перестройки нейрональной активности в ответ на эпилептогенные воздействия в процессе онтогенетического развития организма (Jefferys 1990; Bernard 1996).

Целью данной работы являлось исследования механизмов постгипоксической гипервозбудимости нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа крыс трех возрастных групп: 13-14- (молодых), 60-70- (взрослых) и 600-650 (старых) дневных.

Задачи исследования заключались в следующем:

5. Исследовать участие L-типа потенциал-зависемых кальциевых каналов в механизмах постгипоксической гипервозбудимости.

6. Исследовать сравнительную роль ГАМКд и ГАМКБ рецепторов в механизмах постгипоксической гипервозбудимости.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Левин, Сергей Геннадьевич

ВЫВОДЫ

1. Периодические кратковременные эпизоды гипоксии способны индуцировать устойчивые следовые эпилептиформные события (гипервозбудимость) в пирамидных нейронах поля СА1 срезов гиппокампа у взрослых и старых, но не молодых крыс.

2. Развитие гипервозбудимости сопровождается долговременным увеличением эффективности глутаматергической передачи в САЗ - СА1 синапсах срезов гиппокампа взрослых, но не старых крыс, что указывает на то, что долговременная потенциация глутаматергической передачи не является ключевым фактором в индукции постгипоксической гипервозбудимости.

3. В поле СА1 срезов гиппокампа молодых животных периодические кратковременные эпизоды гипоксии вызывают депрессию торможения в опытах с парной стимуляцией, тогда как в поле СА1 срезов гиппокампа взрослых и старых животных происходит наоборот усиление этого торможения.

5. Вход Са2+ через L-тип потенциал-зависимых кальциевых каналов и активация АМРА/каинатных рецепторов глутамата играют ключевую роль в постгипоксической гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа. NMDA рецепторы глутамата оказывают модулирующее (облегчающее) влияние в эпилептогенных эффектах эпизодов гипоксии.

6. Рецепторы ГАМКд и ГАМКб не принимают значительного участия в постгипоксической гипервозбудимости пирамидных нейронов поля CA1 в срезах гиппокампа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Как отмечалось в литературном обзоре, гипоксия мозга может оказывать отставленные эпилептогенные эффекты, клеточные механизмы которых неясны. Представленная диссертационная работа была посвящена исследованию клеточных механизмов трансформации нормального паттерна активности пирамидных нейронов поля СА1 срезов гиппокампа крыс разного возраста в эпилептиформный, возникающий в ответ на периодические кратковременные эпизоды гипоксии. Данная работа была простимулирована, в частности, тем, что до настоящего времени не был в достаточной степени изучен онтогенетический аспект сравнительной роли глутаматных и ГАМК рецепторов, синаптической потенциации и различных путей поступления Са2+ в клетку, в механизмах постгипоксической гипервозбудимости нейронов мозга.

Использование срезов гиппокампа для такого рода исследований позволило изучать события, наблюдаемые при формировании эпилептогенного фокуса в конкретных нейрональных сетях и осуществлять селективную оценку клеточных механизмов этого процесса. Проведение исследования в поле СА1 этой структуры было особенно интересно по ряду причин. Во-первых, в ответ на увеличение внеклеточной концентрации К+ (что является одним из главных следствий гипоксии) в пирамидных нейронах этого поля воспроизводится паттерн судорожной активности, характерный для фокальной эпилепсии (Traynelis and Dingledine 1988). Во-вторых, морфологическая организация пирамидных нейронов поля СА1 гиппокампа позволяет оценить сравнительную роль изменений в эффективностях глутаматергической и ГАМКергической синаптических передач, а также эффективность передачи сигнала в звене ВПСП-спайк в механизмах развития ЭФА. И, в-третьих, плазматическая мембрана пирамидных нейронов этого поля содержит зависимые от NMDA-рецепторов Са2+ каналы, АМРА/каинатные рецепторы глутамата, ГАМКд и ГАМКб рецепторы и различные типы потенциал-зависимых Са каналов, что также позволяет оценить их сравнительную роль в клеточных механизмах эпилептогенеза.

Основным недостатком большинства применяемых в настоящее время моделей эпилептогенеза in vitro является то, что ЭФА в них генерируется только на фоне действия эпилептогена и быстро исчезает при его отмывке (Goddard, Melntyre and Leech 1969; Taylor 1988; Веретенников и др. 1996), то есть не позволяет исследовать следовые эпилептогенные эффекты. Для того, чтобы обойти эти трудности в нашей лаборатории была разработана раскачивающая модель эпилептогенеза in vitro (на срезах гиппокампа), в которой устойчивая ЭФА сохранялась в течение длительного времени после окончания эпилептогенной стимуляции (сравнимого с временем переживания среза). В качестве эпилептогенного воздействия были использованы периодические кратковременные (3-х минутные) эпизоды гипоксии (3 эпизода с интервалом 10 минут). Как оказалось, такой протокол воздействия способен приводить к долговременному следовому (т.е. сохраняющемуся после отмены эпилептогенного стимула) снижению порога генерации ЭФА в поле СА1 срезов гиппокампа крыс 60-70 дневного (взрослые) и 600-650 дневного (старые) возрастов, в отличие от молодых животных (13-14 дневные). Отсутствие развития постгипоксической ЭФА у 13-14 дневных животных может быть связано с тем, что у них низкий уровень функционально-активных постсиаптических АМРА рецепторов, которые, как показали наши эксперименты, играют ключевое значение в проэпилептогенных эффектах гипоксии в поле СА1 срезов гиппокампа взрослых крыс.

Помимо индукции ЭФА, эпизоды гипоксии приводили также к развитию долговременной потенциации глутаматергической передачи (ДПГП) в поле СА1 срезов гиппокампа молодых и взрослых, но не старых, крыс. Отсутствие ДПГП и относительно кратковременная постгипоксическая ЭФА у 600-650 дневных животных могут быть связаны со сниженной потенцией мозга старых животных к зависимой от предшествующей активности способности к пластическим перестройкам нейрональной активности.

Потенциация глутаматергической передачи коррелировала с постгипоксической ЭФА только в поле СА1 срезов гиппокампа взрослых крыс, что указывает на то, что она не является необходимым фактором для механизмов развития ЭФА.

С другой стороны, эпизоды гипоксии приводили также к усилению эффективности возвратного торможения в опытах с парной стимуляцией в поле СА1 срезов гиппокампа у взрослых и старых, но не молодых, животных. Однако этого усиление в эффективности возвратного торможения недостаточно для того, чтобы предотвратить или подавить развитие ЭФА в пирамидных нейронах поля СА1. Постгипоксическая депрессия торможения в опытах с парной стимуляцией у молодых (13-14 дневных) животных возможно связана с деполяризующими эффектами ГАМК, которые отличаются от гиперполяризующих ответов на ГАМК, наблюдаемых в пирамидных нейронах поля СА1 гиппокампа у взрослых крыс.

Исходно (без предъявления эпизодов гипоксии) 13-14 дневные и 600-650 дневные животные более предрасположены к развитию ЭФА, так как имеют более сниженный порог ее генеза и менее эффективный тормозный процесс по сравнению с 60-70 дневными животными.

Исходя из полученных нами экспериментальных данных, на рисунке 3.18. показана гипотетическая схема участия синаптических NMDA-зависимых Са2+ каналов, L-типа потенциал-зависимых кальциевых каналов, АМРА/каинатных рецепторов глутамата, а также роль ГАМКд и ГАМКб рецепторов в механизмах индукции постгипоксической гипервозбудимости. Ключевым моментом этой схемы является то, что кратковременные эпизоды гипоксии индуцируют длительные следовые изменения в свойствах L-типа потенциал-зависимых кальциевых каналов и АМРА/каинатных рецепторов глутамата, расположенных на соматической мембране и проксимальных участках дендритов пирамидных нейронов поля СА1 гиппокампа. Эти изменения приводят к тому, что на нейрональной мембране может возникнуть зависимый от АМРА/каинатных рецепторов

Рис. 3.18. Предполагаемая схема формирования эпилептиформной пачечной активности в пирамидном нейроне поля СА1 гиппокампа на основе пароксизмального деполяризационного сдвига, опосредованного L-ПЗКК и АМРА/каинатными рецепторами глутамата.

КШ/КВ - коллатерали Шаффера/ комиссуральные волокна, ИН - тормозные интернейроны, минус - тормозные ГАМКергические синапсы, плюс - возбуждающие глутаматергические синапсы. 1 - АМРА/каинатные рецепторы глутамата; 2 - NMDA рецепторы глутамата; 3 - L- тип потенциал-зависимых Са2+ каналов; 4 - возвратное торможение опосредованное ГАМКа рецепторами; 5 - прямое торможение опосредованное ГАМКБ рецепторами. глутамата или L-типа потенциал-зависимых Са2+ каналов пароксизмальный деполяризационный сдвиг. На фоне такого сдвига развивается пачка Na+- потенциалов действия, которая не характерна для нормальной активности этих нейронов. Долговременная потенциация глутаматергической синаптической передачи связана с усилением функциональной активности АМРА/каинатных рецепторов и таким образом способна облегчать развитие ЭФА.

ГАМКд и ГАМКб рецепторы ГАМК, по-видимому, не принимают существенного участия в вызванной периодическими кратковременными эпизодами гипоксии гипервозбудимости пирамидных нейронов поля СА1 в срезах гиппокампа.

Проведенные исследования, по нашему мнению, позволяют внести ясность в механизмы формирования постгипоксических вызванных эпилептиформных разрядов в поле СА1 срезов гиппокампа, ключевая роль в инициации которых принадлежит АМРА/каинатным рецептором и L-типу потенциал-зависимых кальциевых каналов.

В целом, результаты исследований с использованием разработанной в наших исследованиях модели эпилептогенеза in vitro могут быть полезны для изучения клеточных механизмов фокального эпилептогенеза в онтогенезе. Кроме того, эти данные могут облегчить поиск новых терапевтических подходов к лечению этой патологии мозга и поиск соответствующих антиэпилептических препаратов.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Левин, Сергей Геннадьевич, Пущино

1. Авакян Г.Н., Юдельсон Я.Б., Маслова Н.Н., Гусев Е.И. Патогенез и лечение посттравматической эпилепсии. Журнал невр. и психиат. им Корсакова. 2003. № 9. С. 23-26.

2. Андреева Н.Г., Обухов Д.К., Демьяненко Г.П., Каменская В. Г. Морфология нервной системы: Учебное пособие. Л.: Из-во Ленинградского ун-та. 1985. С. 160.

3. Болдырев А.И. Эпилептические синдромы. М: Медицина. 1976. С. 191-229.

4. Веретенников Н.А., Куликова Д.А., Панин В.М., Корочкин JT. И. Биологические аспекты эпилепсии: морфологические и молекулярные исследования аудиогенной эпилепсии. Успехи современной биологии. 1996. Т. 116 № 4. С. 407-417.

5. Гусев Е.И., Бурд Г.С. Эпилепсия. М. 1994.С. 63.

6. Лихтерман Л.Б., Потапов А.А., Кравчук А.Д. Современные подходи к диагностике и лечению черепно-мозговой травмы и ее последствий. Вопросы нейрохирургии им.Н.Бурденко. 1996. № 1. С.35-37.

7. Лихтерман Л.Б., Потапов А.А., Кравчук А.Д., Охлопков В.А. Классификация последствий черепно-мозговой травмы. Неврологический журнал. 1998. № 3, С. 12—14.

8. Одинак М.М., Дыскин Д.Е. Эпилепсия: Этиология. Патогенез. Клиника. Дифференциальная диагностика. Медикаментозное лечение. СПб.: Политехника. 1997. С. 128-163.

9. Отмахов Н.А. Нейронапьная сеть гиппокампа: морфологический анализ. Успехи физиол. Наук. 1993. Т. 24. № 4. С. 79-101.

10. Петрухин А.С. Эпилептология детского возраста. Медицина. 2000. С. 623.

11. Рейхардт Б.А., Куликова О.Г. Сапронов Н.С. Динамика нарушений регуляторных систем нейронов мозга при возрастной амнезии у крыс. Психофармакология и биол. наркология. 2001. Т. 1. № 1. С. 38-42.

12. Семьянов А.В. и Годухин О.В. Длительное снижение порога вызванных эпилептиформных разрядов в срезах поля СА1 гиппокампа крыс, индуцируемое периодическими удалениями Mg2+. Рос. Физиол. Журнал им. И.М. Сеченова. 1998. Т. 84. № 12. С. 1438-1442.

13. Хавинсон В.Х., Морозов В.Г. Пептиды эпифиза и тимуса в регуляции старения.С-Пб.: Фолиант. 2003. С. 157.

14. Хопкинс Э., Эплтон Р. Эпилепсия: факты. Медицина. 1998. С. 53.

15. Чепурнов С.А. и Чепурнова Н.Е. Нейробиологические основы эпилептогенеза развивающегося мозга. Успехи физиол. Наук. 1997. Т. 28. № 3. С. 3-53.

16. Abel Т. and Lattal К.М. Molecular mechanisms of memory acquisition, consolidation and retrieval. Cur. Opinion in Neurobiol. 2001. V. 11. P. 180-187.

17. Adamec R.E. Partial kindling of the ventral hippocampus: Identification of changes in limbic physiology which accompany changes in feline aggression and defence. Physiol. Behav. 1991. V. 49. P. 443-453.

18. Alger B.E. Characteristics of a slow hyperpolarizing synaptic potential in rat hippocampal pyramidal cells in vitro. J Neurophysiol. 1984. V. 52.(5) P.892-910.

19. Alger B.E., Williamson A. A Transient calcium-dependent potassium component of the epileptiform burst afterhyperpolarization in in rat hippocampus. J. Physiol. 1988. V. 399. P. 191-205.

20. Amaral D.G., Golgi A. Study of cell types in the hilar region of the hippocampus in the rat. J Comp Neurol. 1978. V. 182.(4) P. 851-914.

21. Andersen P., Silfrenins H., Sundberg S.H., Sreen O.A. Comparison of distal and proximal dendritie synapses on CA1 pyramidals in gninca-pig hippocampal slices in vitro. J. Physiol. 1980. V. 307. P. 273-299.

22. Andrade R., Malenka R.C., Nicoll R.A. A G-protein couples serotonin and GABAb receptors to the same channels in hippocampus. Science. 1986. V. 234.(4781) P. 12611265.

23. Anwyl R. Modulation of vertebrate neuronal calcium channels by transmitters. Brain Res.-Brain Res. Rev. 1991. V. 16.(3) P. 265-281.

24. Armijo J.A., De Las Cuevas I., Adin J. Ion channels and epilepsy. Rev. Neurol. 2000. V. 30.(1). P. 25-41.

25. Bading H., Greenberg M.E. Stimulation of protein tyrosine phosphorylation by NMDA receptor activation. Science. 1991. V. 253(5022) P. 912-914.

26. Baudry M. Long-term potentiation and kindling: similar biochemical mechanisms? Adv. Neurol. 1986. V. 449. P. 401-410.

27. Behr J., Gloveli Т., Heinemann U. Kindling induces a transient suppression of afterhyperpolarization in rat subicular neurons. Brain Res. 2000. V. 867. P. 259-264.

28. Bellocchio E.E., Reimer R.J., Fremeau R.T. Uptake of glutamate into synaptic vesicles by an inorganic phosphate transporter. Science.2000. V. 289.(5481) P. 957-960.

29. Ben-Ari Y., Tseeb V., Raggozzino D. Gamma-aminobutyric acid (GABA): a fast excitatory transmitter which may regulate the development of hippocampal neurones in early postnatal life. Prog. Brain Res. 1994. V. 102. P. 261-273.

30. Bennett M.R. The concept of long term potentiation of transmission at synapses // Progress in Neurobiol. 2000. V. 60. P. 109-137.

31. Bernard С and Wheal H.V. A role for synaptic and network piasticity in controlling epileptiform activity in CA1 in kainic acid-lesioned rat hippocampus in vitro. J. Physiol. 1996. V. 495.(1) P. 127-142.

32. Bernard C. and Wheal H.V. Simultaneous expression of excitatory postsynaptic potential/spike potentiation and excitatory postsynaptic potential/spike depression in the hippocampus. Neurosci. 1995. V. 1. P. 73-82.

33. Bianchi M.T., Haas K.F. and Macdonald R.L. Structural determinants of fast desensitization and desensitization-deactivation coupling in GABAa receptors. J. Neurosci. 2001. V. 21.(4) P. 1127-1136.

34. Bradford H.F. Glutamate, GABA and epilepsy. Progr. Neurobiol. 1995. V. 47. P. 477511.

35. Bragdon A.C., Taylor D.M., McNamara J.O. and Wilson W.A. Abnormal hyperexcitability of hippocampal slices from kindled rats is transient. Brain Res. 1988. V. 453.(1-2) P. 257-264.

36. Brooks-Kayal A.R., Shumate M.D., Jin H. Selective changes in single cell GABA(A) receptor submit expression and function in temporal lobe epilepsy. Nat. Med. 1998. V. 4.(10) P. 1166-1172.

37. Cain D.P. Long-term potentiation and kindling: how similar are the mechanisms? TINS 1989. V. 12. P. 6-10.

38. Cajal R.S. Studies on the Cerebral Cortex (Limbic Structures) London: Lloyd-Luke. 1955.

39. Cammack J.N., Rakhilin S.V., Schwartz E.A. A GABA transporter operates asymmetrically and with variable stoichiometry. Neuron. 1994. V.13.(4) P. 949-960.

40. Chang F.L., Hawrylak N. and Greenough W.T. Astrocytic and synaptic response to kindling in hippocampal subfield CA1. Synaptogenesis in response to kindling in vitro. Brain Res. 1993. V. 603.(2) P. 302-308.

41. Chaudhry F.A., Reimer R.J., Bellocchio E.E. The vesicular GABA transporter, VGAT, localizes to synaptic vesicles in sets of glycinergic as well as GABA-ergic neurons. J. Neurosci.1998. V. 18.(23) P. 9733-9750.

42. Chen K., Aradi I., Santhakumar V. and Soltesz I. H-channels in epilepsy: new targets for seizure control. TIPS 2002. V. 23.(12) P. 552-557.

43. Choi D.W. Calcium: still center-stage in hypoxic-ishemic neuronal death. Trends Neurosci. 1995. V. 18. P. 58-60.

44. Corda M.G., Orlandi M., Lecca D., Carboni G., et al. Pentylenetetrazol induced kindling in rats: effect of GABA function inhibitors. Pharmacol. Biochem. Behav. 1991. V. 40. P. 329-333.

45. Costa E. From GABAa receptor diversity emerges a unified vision of GABA-ergic inhibition. Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 1998. V. 38. P. 321-350.

46. Couve A., Moss S.J. Pangalos M.N. GABAb receptors: a new paradigm in G protein signalling. Mol. Cell Neurosci. 2000. V. 16.(4) P. 296-312.

47. Davies C.H., Davies S.N., Collingridge G.L. Paired-pulse depression of monosynaptic GABA-mediated inhibitory postsynaptic responses in rat hippocampus. J. Physiol. 1990. V. 424. P. 513-531.

48. Dunlap K., Luebke J.I. and Turner T.J. Exocytotic Ca2+ channels in mammalian central neurons. TINS 1995. V. 18. P. 89-98.

49. Dutra-Moraes F.D., Galvis-Alonso O.Y., Garcia-Cairasco N. Audiogenic kindling in the Wistax rat: a potential model for recruitment of limbic structures. Epilepsy Res. 2000. V. 39. P. 251-259.

50. Eghbali M., Gage P.W. and Birnir B. Pentobarbital modulates gamma-aminobutyric acid-activated single-channel conductance in rat cultured hippocampal neurons. Mol. Pharmacol. 2003. V. 58.(3) P. 463-469.

51. Elmer E., Kokaia M., Kokaia Z., Mclntyre D.C., Lindvall O. Epileptogenesis induced by rapidly recurring seizures in genetically fast- but not slow-kindled rats. Brain Res. 1998. V. 788.(1) P. 111-117.

52. Empson R.M. and Helnemann U. Perforant Path Connections to Area CA1 Are Predominantly Inhibitory in the Rat Hippocampal-Entorinal Cortex Combined Slice Preparation. J. Hippocampus. 1995. V. 15. P. 104-107.

53. Essrich C., Lorez M., Benson J.A. Postsynaptic clustering of major GABAa receptor subtypes requires the gamma 2 subunit and gephyrin. Nat. Neurosci. 1998. V. 1.(7) P. 563-571.

54. Francis J., Jung B.B., Zhang G., Ho W., et al. Perforant pathway kindling transiently induces the mRNA expression of GABAB receptor subtypes R1A and R2 in the adult rat hippocampus. Mol. Brain Res. 2001. V. 91. P. 159-162.

55. Fritschy J.M., Meskenaite V., Weinmann O. GABAe-receptor splice variants GBla and GBlb in rat brain: developmental regulation, cellular distribution and extrasynaptic localization. Eur. J. Neurosci. 1999. V. 11.(3) P. 761-768.

56. Fykse E.M., Fonnum F. Amino acid neurotransmission: dynamics of vesicular uptake. Neurochem. Res. 1996. V. 21.(9) P. 1053-1060.

57. Gaarskjaer F.B. The organization and development of the hippocampal mossy tiber system. Brain Res. 1986. V. 11.(4) P. 335-357.

58. Ganguly K., Schinder A.F., Wong S.T. GABA itself promotes the developmental switch of neuronal GABA-ergic responses from excitation to inhibition. Cell. 2001. Y. 105.(4) P. 521-532.

59. Goddard G.V. Development of epileptic seizures through brain stimulation at low intensity. Nature 1967. V. 214. P. 1020-1021.

60. Goddard G.V., Mclntyre D.C., Leech C.K. A permanent change in brain function resulting from daily electrical stimulation. Exper. Neurol. 1969. Y. 25. P. 295-330.

61. Hamlyn L.H. An electron microscope study of pyramidal neurons in ammons horn of the rabbit. J. Anat. 1963. V. 97.(2) P. 189-201.

62. Hammond C., Crepel V., Gozlan H. and Ben-Ari Y. Anoxic LTP cheds light on the multiple facets ofNMDA receptors. TINS. 1994. V. 17.(11) P. 497-503.

63. Hauser W.A., Annergers J.F., Rurland L.T. Incidence of epilepsy and unprovoked seizures in Rochester, Minnesota: 1935 1984. Epilepsia. 1993. V. 34. P. 453-468.

64. Hauser W.A., Kurland L.T. The epidemiology of epilepsy in Rochester, Minnesota, 1935 through 1967. Epilepsia. 1975. V. 16. P. 1-66.

65. Hendriksen H., Kamphuis W., Lopes da Silva F.H. Changes in voltage-dependent calcium channel al-subunit mRNA levels in the kindling model of epileptogenesis. Mol. Brain Res. 1997. V. 50. P. 257-266.

66. Hill D.R., Bowery N.G., Hudson A.L. Inhibition of GABAb receptor binding by guanyl nucleotides. J. Neurochem. 1984. V. 42.(3) P. 652-657.

67. Hirose S., Okada M., Kaneko S., Mitsudome A. Are some idiopathic epilepsies disorders of ion channels?: A working hypothesis. Epilepsy Res. 2000. V. 41. P. 191-204.

68. Jackson M.F., Esplin В., Capek R. Inhibitory nature of tiagabine-augmented GABAa receptor-mediated depolarising responses in hippocampal pyramidal cells. J. Neurophysiol. 1999. V. 81.(3) P. 1192-1198.

69. Jefferys J.G.R. Basic mechanisms of focal epilepsies. Exp. Physiology. 1990. V. 75. P. 127-162.

70. Jensen F.E., Wang C. Hypoxia induced hyperexcitability in vivo and in vitro in the immature hippocampus. Epilepsy Res. 1996. V. 26.(1) P. 131-140.

71. Jensen F.E., Wang C., Stafstrom C.E., Liu Z., Geary C. and Stevens M.C. Acute and chronic increases in excitability in rat hippocampal slices after perinatal hypoxia in vivo. J. Neurophysiol. 1998. V. 79. P. 73-81.

72. Jobe P.C. Pharmacology of audiogenic seizures // In:Brown R.D., Daigneault E.A. (Eds). The Pharmacology of Hearing: Experimental and Clinical Bases. Wilex Interscience. 1981. P. 271-304.

73. Johnston G.A. GABAa receptor pharmacology. Pharmacol. Ther. 1996. V. 69.(3) P. 173198.

74. Jones K.A., Borowsky В., Tamm J.A. GABA(B) receptors function as a heteromeric assembly of the subunits GABA(B)R1 and GABA(B)R2. Nature. 1998. V. 396.(6712) P. 674-679.

75. Kaczmarek L., Kossut M., Skangiel-Kramska J. Glutamate receptors in cortical plasticity: molecular and cellular biology. Physiol Rev. 1997. V. 77. P. 217-255.

76. Kaltschmidt C., Kaltschmidt В., Baeuerle P.A. Stimulation of ionotropic glutamate receptors activates transcription factor NF-kappa В in primary neurons. Proc Natl Acad Sci USA. 1995. V. 92.(21) P. 9618-9622.

77. Kamphuis W. Hendriksen E., Lopes da Silva F.H. Isozyme specific changes in the expression of protein kinase С isozyme (alpha-zeta) genes in the hippocampus of rats induced by kindling. Brain Res. 1995. V. 702. P. 94-100.

78. Kandel E.R. The molecular biology of memory storage: a dialogue between genes and synapses. Science 2001. V. 294. P. 1030-1038.

79. Kavanaugh M.P., Arriza J.L., North R. A. Electrogenic uptake of gamma-aminobutyric acid by a cloned transporter expressed in Xenopus oocytes. J. Biol. Chem. 1992. V. 267.(31) P. 22007-22009.

80. Kreutzberg G.W. Microglia: a sensor for pathological events in CNS. Trends Neurosci. 1996. V.19. P. 312-318.

81. Kuner R., Kohr G., Grunewald S. Role of heteromer formation in GABAb receptor function. Science. 1999. V. 283.(5398) P. 74-77.

82. Kunhel, D.D., Locaille, J.C., Schwartzkroin, P.A. Uitrastructure of stratum lacunosum-moleculare interneurons of hippocampal CA1 region. Synapse. 1988. V. 2.(4) P. 382394.

83. Laurberg S. Commissural and intrinsic connection of the rat hippocampus. J. Сотр. Neurol. 1979. V. 84.(4) P. 685-708.

84. Leung L.W. Evaluation of the hypothesis that hippocampal interictal spikes are caused by long-term potentiation») Epilepsia 1994. V. 35. P. 785-794.

85. Lorente de No, R. Studies on the structure of the cerebral cortex. Contiuation of the study of the ammonic system. J. Psychol. Neurol. 1934. V. 46. P. 113.

86. Loscher W. Pharmacology of glutamate receptors antagonists in the kindling model of epilepsy. Progr. Neurobiol. 1998. V. 54. P. 721-741.

87. Lothman E.W., Hatlelid J.M., Zorumski C.F., Conry J.A. Kindling with rapidly recurring hippocampal seizures. Brain Res. 1985. V. 360. P. 83-91.

88. Lothman E.W., Williamson J.M. Closely spaced recurrent hippocampal seizures elicit two types of heightened epileptogenesis: a rapidly developing, transient kindling and slowly developing, enduring kindling. Brain Res. 1994. V. 649. P. 71-84.

89. Macdonald R.L. Olsen R.W. GABAa receptor channels. Annu. Rev. Neurosci. 1994. V. 17. P. 569-602.

90. Magel J.C., Avery R.B., Christie B.P., Johnston D. Dihydropyridine-sensitive, voltage-gated Ca2+ channels contribute to the resting intracellular Ca2+ concentration of hippocampal CA1 pyramidal neurons. J. of Neurophys. 1996. V. 76.(3) P. 3460-3470.

91. Malenka R.C., Nicoll R.A. Expression Mechanisms Underlying NMDA Receptor-Dependent Long-Term Potentiation. Science. 1999. V. 285. P. 1870-1874.

92. Malenka R.C., Nicoll R.A. NMDA-receptor-dependent synaptic plasticity: multiple forms and mechanisms. Trends Neurosci. 1993. V. 16.(12) P. 521-526.

93. Malenka R.C., Nicoll R.A. Science. 1999. V. 285. P. 1870-1874.

94. Mason C.R., Cooper R.M. A permanent change in convulsive threshold in normal and brain damaged rats with repeated small doses of pentylenetetrazol. Epilepsia 1972. V. 13. P. 663-674.

95. Mc Namara J.O., Byrne M.C., Dasheiff R.M., Fitz G.J. The kindling model of epilepsy: a review. Progr. Neurobiol. 1980. V. 15. P. 139-159.

96. McCormick D.A. and Contreras D. On the cellular and network bases of epileptic seizures. Annu. Rev. Physiol. 2001. V. 63. P. 815-846.

97. McEachern J.C. and Shaw C.A. An alternative to the LTP orthodoxy: a plasticity pathology continuum model. Brain Res. Rev. 1996. V. 22. P. 51-92.

98. Mclntyre D.C., Plant J.R., Kelly M.E. Dorsal hippocampal kindling produces long-lasting changes in the origin of spontaneous discharges in the piriform versus perirhinal cortex in vivo. Epilepsy Res. 2000. V. 39. P. 191-200.

99. Mclntyre D.C., Poulter M.O., Gilby K. Kindling: some old and some new. Epilepsy Res. 2002. V. 50. P. 79-92.

100. McNamara J.O. Cellular and Molecular Basis of Epilepsy. J.Neurosci. 1994. 14.(6) P. 3413-3425.

101. Mehta A.K. Ticku M.K. An update on GABAa receptors. Brain Res.-Brain Res. Rev. 1999. V. 29.(2/3) P. 196-217.

102. Meldrum B.S. Excitatory amino acids in epilepsy and potential novel thetapies. Epilepsy Res. 1992. V. 12. P. 189-196.

103. MichaelisE.K. Neur.Not. Meg. 1996 V. 11. Issue 2. P. 3-11.

104. Minkwitz, H.G. Zur entwichlung der neuronen-struktur des hippocampus wahrend der pra-und postnatal autogenese der albinoratte. J. Hirnforschung. 1976. 17.(1) P. 223253.

105. Mintz I.M., Bean B.P. GABAB receptor inhibition of P-type Ca2+ channels in central neurons. Neuron. 1993. V. 10.(5) P. 889-898.

106. Misgeld U., Bijak M., Jarolimek W. A physiological role for GABAb receptors and the effects of baclofen in the mammalian central nervous system. Prog. Neurobiol. 1995. V. 46.(4) P. 423-462.

107. Misgeld U., Deisz R.A., Lux H.U. The role of chloride transport in postsynaptic inhibition of hippocampal neurons. Science. 1986 V. 232. P. 1413-1415.

108. Mody G.M, Stevens JE, OL Meyers. The heart in rheumatoid arthritis-a clinical and echocardiography study. Q J Med. 1987. V. 65.(247) P. 921-928.

109. Mody I. Synaptic plasticity inkindling. Adv. Neurol. 1999. V. 79. P. 631-643.

110. Mohler H. Fritschy J. M. GABAB receptors make it to the topas dimmers. Trends Pharmacol. Sci. 1999. V. 20.(3) P. 87-89.

111. Morgan S.L., Teyler T.J. Epileptic-like activity induces multiple forms of plasticity in hippocampal area CA1. Brain Res. 2001. V. 917. P. 90-96.

112. Mott D.D. and Lewis D.V. The pharmacology and function of central GABAb receptors. Int. Rev. Neurobiol. 1994. V. 36. P. 97-223.

113. Moulard В., Picard F., Le Hellard S., Agulhon C. Ion channel variation causes epilepsies. Brain Res. Rev. 2001. V. 36. P. 275-284.

114. Nowak S, Ziolo H, and Blaszczyk B. Fibrin fibrinogen degradation products in the cerebrospinal fluid of neurological patients. Neurol Neurochir Pol. 1984. V. 18.(6) P. 541-5.

115. Perrier J.F., Alabarda A., Hounsgaard J. Spinal plasticity mediated by postsynaptic L-type Ca2+ channels. Brain Res. Rev. 2002. Y. 40. P. 223-229.

116. Prince D.A. The depolarisation shift in epileptic neurons. Exp. Neurol. 1968. V. 21. P. 467-485.

117. Pritchett D.B., Luddens H., Seeburg P.H. Type I and type II GABAa-benzodiazepine receptors produced in transfected cells. Science. 1989. V. 245.(4924) P. 1389-1392.

118. Racine R.J. Modification of seizure activity by electrical stimulation: II. Motor seizure. Electr. Clin. Neuroph. 1972. V. 32 P. 281-294.

119. Racine R.J., Chapman C.A., Teskey G.C., Milgram N.W. Post- activation potentiation in the neocortex. III. Kindling-induced potentiation in the chronic preparation. Brain Res. 1995. V. 702. P. 77-86.

120. Racine R.J., Steingart M., Mclntyre D.C. Development of kindling-prone and kindling-resistent rats: selective breeding and electrophysiological studies. Brain Res. 1999. V. 35. P. 183-195.

121. Ribak C.E., Khurana V. and Lien N.T. The effect of midbrain collicular knife cuts on sudiogenic seizure severity in the genetically epilepsy-prone rat. J. Hirnforsch. 1994. V. 35. P. 303-311.

122. Rivera C., Voipio J., Payne J.A. The K+/C1- co-transporter KCC2 renders GABA hyperpolarizing during neuronal maturation. Nature. 1999. V. 397.(6716) P. 251-255.

123. Rogawski M.A., Kurzman P.S., Yamaguchi S.I., Li H. Role of AMP A and GluR5 kainate receptors in the development and expression of amygdala kindling in the mouse. Neuropharmacology. 2001. Y. 40. P. 28-35.

124. Rosenmund С., Stern-Bach Y., Stevens C. F. Science. 1998. V. 280. P. 15961599.

125. Scanziani M. GAB A spillover activates postsynaptic GABA(B) receptors to control rhythmic hippocampal activity. Neuron. 2000. V. 25.(3) P. 673-681.

126. Schlander M., Froscher M. Non-pyramidal neurons in the guinea-pig hippocampus: a combined Golgielectron microscopic study. Anat. Embr. 1986. 174.(1). P. 36-48.

127. Schonrock B. and Bormann J. Functional heterogeneity of hippocampal GABAa receptors. Eur. J. Neurosci. 1993. Y. 5.(8) P. 1042-1049.

128. Semyanov A., Walker M.C., Kullmann D.M. GABA uptake regulates cortical excitability via cell types specific tonic inhibition. Nature Neurosci. 2003. V. 6.(5) P.484-490.

129. Seress L., Ribak C.E. Acombined Golgi-electron microscopic study of non-pyramidal neurons in the CA1 area of the hippocampus. J. Neurocytol. 1985. V. 14.(5) P. 717-730.

130. Sheng M, Cummings J, Roldan L.A, Jan Y.N, and Jan L.Y. Changing subunit composition of heteromeric NMDA receptors during development of rat cortex. Nature. 1994.V. 368.(6467) P. 144-147.

131. Smirnov S., Paalasmaa P., Uusisaari M. Pharmacological isolation of the synaptic and nonsynaptic components of the GABAmediated biphasic response in rat CA1 hippocampal pyramidal cells. J. Neurosci. 1999. V. 19.(21) P. 9252-9260.

132. Soghomonian J.J., Martin D.L. Two isoforms of glutamate decarboxylase: why? Trends Pharmacol. Sci. 1998. V. 19.(12) P. 500-505.

133. Soltesz I. and Jones. R.S.G. The Drect Perforant Path Input to CA1: Exitatory or Inhibitory? Hippocampus. 1995. V. 15. P. 101-103.

134. Sperk G., Schwarzer C., Tsunashima K. GABA(A) receptor subunits in the rat hippocampus. I: immunocytochemical distribution of 13 subunits. Neuroscience. 1997. V. 80.(4) P. 987-1000.

135. Stasheff S.F., Bragdon A.C. and Wilson W.A. Induction of epileptiform activity in hippocampal slices by trains of electrikal syimuli. Brain Res. 1985. V. 344.(12) P. 296302.

136. Straub H., Kohlimg R., Frieler A., Grigat M and Speckmann E.J. Contribution of L-type calcium channels to epileptiform activity in hippocampal and neocortical slices of guinea-pigs. Neuroscience. 2000. V. 95.(1) P. 63-72.

137. Sutula Т., Steward O. Facilitation of kindling by prior induction of long-term potentiation in the perforant path. Brain Res. 1987. V. 420. P. 109-117.

138. Swann J.W., Brady R.J. and Martin D.L. Postnatal development of GABA-mediated synaptic inhibition in rat hippocampus. Neuroscience. 1989. V. 28. P. 551-561.

139. Swanson L.W., Wyss J.M., Cowan W.M. An antoradiographic study of the organization of intrahippocampal association pathways in the rat. J. Сотр. Neurol. 1978. V. 181.(4) P. 681-716.

140. Swartzkroin P. A. Epilespi in the immature brain. /Electrophysiology of epilepsy/ Eds. 1984. P. 389-412.

141. Swartzwelder H.S., Lewis D.V., Anderson W.W. and Wilson W.A. Seizure-like events in brain slices: suppression by interictal activity. Brain Res. 1987. V. 410. P. 362366.

142. Tamamaki N., Abe K., Nojyo Y. Three-dimentional analysis of the whole axonal arbors originating from single CA2 pyramidal neurons in the rat hippocampus with the aid of a computer graphic technique. Brain Res. 1988. V. 452.(1-2) P. 155-172.

143. Taylor C.P. How do seizures begin? Clues from hippocampal slicea. Trends Neurosci. 1988 V. 11. P. 375-378.

144. Tombol Т., Somogyi G., Hajdu F. Golgi studyon car hippocampal formation. Anat. & Embryol. 1979. V. 153. P. 331-350.

145. Tombol Т., Somogyi G., Hajdu F., Madarasz M. Granule cell, mossy fibers and pyramidal neurons: an electron microscopic study of the cats hippocampal formation. Acta Morphol. Hung. 1978. V. 26.(3/4). P. 291-310.

146. Traynelis S.F. and Dingledine R. Potassium-induced spontaneons electrographic seizures in the rat hippocampal slice. Neurophysiol. 1988. V. 59. P. 259-275.

147. Ure J.A., Perassolo M. Update on the pathophysiology of the epilepsies. J. of Neurol. Sci. 2000. V. 177. P. 1-17.

148. Van Groen Т., Wyss M.J. Spectes differences in hippocampal comissural connectionsi studies in rat, guinea pig, rabbit, and cat. J. Сотр. Neurol. 1988. V. 267. P. 322-334.

149. Verkhatsky A., Toescu E.C. Calcium and neuronal ageing. Trends Neurosci. 1998. У. 21. P. 2-7.

150. Vreugdenhil M. and Wadman W.J. Enhancement of calcium currents in rat hippocampal CA1 neurons induced by kindling epileptogenesis. Neuroscience. 1992. V. 49. P. 373-381.

151. Vreugdenhil M. and Wadman W.J. Potassium currents in isolated CA1 neurons of the rat after kindling epileptogenesis. Neuroscience. 1995. V. 66.(4) P. 805-813.

152. Vreugdenhill M., Faas G.C. and Wadman W.J. Sodium currents in isolated rat CA1 neurons after kindling epileptogenesis. Neuroscience. 1998. V. 86.(1) P. 99-107.

153. Wilson W.A., Stasheff S., Swartzwelder S., Clark S. and Anderson W.W. The role of NMD A receptors in vitro epileptogenesis. Epilepsy Res. 1992. V. 8. P. 157-166.

154. Zang L. Spigelman I. Carlen P.L. Develomnet of GABA mediated inhibition in CA1 pyramidal neurons of immature rat hippocampal slices. J. Physiol. (London). 1990. V. 444. P. 25-49.

155. Zang L. Spigelman I. Carlen P.L. Whole cell pathe study of GABAergie inhibition in CA1 neurons of immature rat hippocampal slices. Den. Brain. Res. 1990. V. 56. P. 127-130.

156. Zhao D. and Leung L.S. Partial hippocampal kindling increases paired pulse facilitation and burst frequency in hippocampal CA1 neurons. Neurosci. Lett. 1993. V. 154. P. 191-194.

157. Zielinsky J. Epilepsy and mortality rate and cause of death. Epilepsia. 1974. V. 15. P. 191-201.

158. Выражаю Огромную благодарность своему руководителю д.б.н., проф. Годухину Олегу Викторовичу за обучение и помощь в написании работы.

159. Благодарю всех сотрудников группы по изучению механизмов синаптической передачи (ИТЭБ РАН) за оказанную помощь и поддержку.

Информация о работе

Левин, Сергей Геннадьевич
кандидата биологических наук
Пущино, 2004
ВАК 03.00.13

Диссертация

Гипервозбудимость нейронов, индуцируемая эпизодами гипоксии в поле CA1 срезов гиппокампа крыс разного возраста - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы