Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Нейрофизиологический анализ влияния агонистов и антагонистов медиаторных аминокислот на электрическую активность мозга крыс

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Нейрофизиологический анализ влияния агонистов и антагонистов медиаторных аминокислот на электрическую активность мозга крыс"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В. ЛОМОНОСОВА

Биологический факультет

ЯР КО В

Александр Васильевич

НЕЙРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ АГОНИСТОВ И АНТАГОНИСТОВ МЕДИАТОРНЫХ АМИНОКИСЛОТ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ МОЗГА КРЫС

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА, 1994

Работа выполнена в Институте теоретической и экспериментальной биофизики РАН.

Научные руководители:

доктор биологических наук, профессор А.Ю. Буданцев доктор медицинских наук Г.И. Ковалев

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор В.В. Шульговский, доктор медицинских наук, профессор М.М. Козловская.

Ведущая организация:

заседании специализированного ученого совета Д.053.05.35 в Московском государственном университете по адресу: 119899 г. Москва, Ленинские горы, МГУ, Биологический факультет, ББА.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.

Институт мозга человека РАН (г. С. - Петербург)

Защита состоится

1994 г. в 15 ч.ЗО мин. на

Автореферат разослан

1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат биологических наук

Б.А. Умарова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Электрофизиологический подход в исследовании эффектов психотропных веществ всегда был

привлекателен для фармакологов и нейрофизиологов как метод, имеющий ряд преимуществ перед экспериментами in vitro и поведенческими методиками (объективность количественных оценок, возможность сравнения изменений одновременно в нескольких структурах in vivo и т.д.). В настоящее время

фармакологическая электроэнцефалография - это активно развивающаяся область знаний о влиянии препаратов на электрическую активность мозговых структур. Этот метод по праву может служить одним из самых многообещающих в современных исследованиях (Itil, 1982; Курова, и др. 1989; Бочкарев, и др. 1990; Панюшкина, и др. 1992; Богданов, 1994) .

Однако, развитию этого направления в значительной мере препятствуют серьезные трудности, возникающие при попытках интерпретации получаемых эффектов.

С другой стороны, несмотря на многолетние исследования проблемы генеза электрической активности (Аладжалова, 1974; Бреже, 1979; Гусельников, 1976; Гутман, 1976а, 19766, 197бв, 197бг, 1976Д; Жадин, 1976, 1984, 1994), многие ее аспекты остаются неясными. В частности, мало исследован вопрос о роли медиаторных систем в изменениях электрограммы (ЭГ), хотя известно (Гусельников, 1976; Бреже, 1979; Жадин, 1984), что "основной вклад" в суммарную электрическую активность (СЭА) головного мозга вносят медленные ПСП, которые, в свою очередь, тесно связаны с активностью рецепторов (Куффлер, 1979; Комиссаров, 1986).

Таким образом, опыт комплексного нейрофизиологического анализа влияния агонистов и антагонистов медиаторных аминокислот на электрическую активность мозга представляет интерес как с практической точки зрения - в виде опыта нейрофизиологического анализа изменений СЭА при применении биологически активных

веществ рецепторного характера действия, так и в понимании генеза суммарной электрической активности.

Цель и основные задачи исследования. В настоящей работе с целью комплексной оценки действия агонистов и антагонистов рецепторов нейромедиаторных аминокислот в формировании суммарной электрической активности в различных областях мозга были исследованы частотные спектры электрограмм (ЭГ) коры, путамена, гипоталамуса и гиппокампа в условиях центрального введения различных доз агонистов и антагонистов рецепторов ГАМК, а также Б- и Ь- форм глютамата.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Выявить наличие в спектре суммарной электрической активности изменений, зависящих от ГАМК, мусцимола, баклофена, бикукуллина, пикротоксина и глутамата Б- и Ь- форм. Показать специфичность этих изменений для применяемых веществ -анализаторов.

2. Сопоставить предполагаемые изменения в вышеназванных структурно-функциональных образованиях мозга с различной плотностью изучаемых в них рецепторов.

3. Провести анализ зависимости изменений СЭА от дозы введенных ГАМК- и глутамат-ергических веществ - анализаторов.

Положения, выносимые на защиту:

1. Применение агонистов и антагонистов, специфических для рецепторов ГАМК и глутамата, сопровождается определенными узкополосными изменениями СЭА в диапазоне 5-25 Гц.

2. Зависимость между количеством рецепторов в структуре и величиной изменений СЭА не является линейной.

3. Для мусцимола, баклофена, Ь- и И-глутамата существует оптимальная доза, действие которой обуславливает максимальный эффект ЭГ-изменений.

4. Анализ изменений СЭА при введении специфических агонистов и антагонистов допускает наличие функциональной связи между А- и

Б- подтипами рецепторов ГАМК.

Научная новизна. Впервые проведен комплексный анализ изменений СЭА одновременно в нескольких структурах при введении агонистов и антагонистов рецепторов ГАМК и

глутамата, позволивший:

а) подтвердить участие ГАМК-ергических механизмов в формировании и/или модуляции суммарной электрической активности исследуемых структур;

б) выявить характерные для изучаемых веществ изменения электрической активности, лежащие в области 5 - 25 Гц и проявляющиеся узкими (1-2 Гц) полосами;

в) показать значение плотности рецепторов для величины пороговой дозы изменений СЭА.

Впервые проведен анализ дозозависимости изменений СЭА при введении агонистов и антагонистов рецепторов ГАМК и глутамата, позволивший:

а) для любого из применяемых агонистов рецепторов ГАНК и глутамата найти дозу, при которой достигаются максимальные эффекты изменения СЭА;

б) продемонстрировать дозозависимую реверсию влияния ГАНК и мусцимола на СЭА при интравентрикулярном введении;

в) установить, что для конкурентного антагониста бикукуллина характерно незначительное влияние на ЭГ, тогда как неконкурентный антагонист пикротоксин оказывает неоднозначное действие на электрическую активность мозга.

Научно-практическая ценность. Проведенное исследование, обнаружившее определенные закономерности в изменениях в СЭА при введении различных доз ГАМК- и глутаматергических веществ, способствует пониманию роли нейромедиаторных систем в регуляции суммарной электрической активности.

С другой стороны, выявленные специфические изменения СЭА и опыт нейрофизиологического анализа с применением веществ анализаторов позволяют отработать методику обнаружения изменений

рецепторного генеза при применении различных биологически активных препаратов, что имеет большое значение для развития электроэнцефалографических методов анализа в фармакологических исследованиях и скрининге нейроактивных веществ.

Апробация работы. Материалы исследования доложены на международном симпозиуме "Сигнальные молекулы и механизмы поведения" (Пущино, 1989), международном симпозиуме

"Физиолого-биохимические основы жизнедеятельности мозга"

(Санкт-Петербург, 1994) .

Структура и объем диссертации. Диссертация написана на русском языке на страницах и состоит из введения, обзора

литературных данных, описания методики, полученных результатов, обсуждения и выводов. В конце диссертации приводится список литературы, состоящий из 190 источников. Из них 74 на русском языке и 116 на иностранных. Диссертация содержит- 45 иллюстраций.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Эксперименты проведены на 60 бодрствующих, свободноподвижных крысах-самцах ШвЬаг (300-350 г. ) с хронически вживленными под наркозом в кору и глубинные структуры мозга электродами и канюлей в его латеральный желудочек. Вживление проводили с помощью модифицированного стереотаксического прибора Р.М. Мещерского по координатам атласа мозга крыс (Pellegri.no, at а1. 1979) в путамен - А=2.6, Ь=-3.0, Н=5.5, ^а=0° (л* - угол между сагиттальной плоскостью и плоскостью введения электрода), в медиальную часть среднего гипоталамуса - Р-0.4, Ь=-4.0, Н=9.б, га*»20° и в дорзальный гиппокамп - Р=3.0, Ь=-4.0, Н=2.9, ¿а=20°. Координаты канюли - Р=0.4, Ъ=+3.2, Н=3.7, ¿а=20°. Корковый электрод помещали над областью изокортекса - Р=8.3 , Ь=-4.9 эпидурально, а индифферентный располагали над носовыми пазухами. Электрическая активность отводилась монополярно от коры (ХзосогЪех), путамена, гипоталамуса и гиппокампа. Исследуемое вещество вводилось в

желудочек мозга при помощи микрошприца на 10 мкл.

В исследованиях ГАМК и глутамата обоих форм использовали дозы 1*10~6, 1*10~7, 1*10"8, остальных веществ - 1*10-Б, 1*10-9, 1*10 10 моль на одно животное, вводимые в латеральный желудочек мозга. Обьем вводимого раствора - 6 мкл. Дозы исследуемых веществ выбраны на основе материалов научных публикаций (Чиженкова, 1987) и собственных предварительных экспериментов. Контролем служил физиологический раствор (ИаС1, 0.9%), введенный в тех же условиях и объеме, что и исследуемый препарат.

Проведение опытов: В эксперименте сначала вводили физиологический раствор (изменения СЭА при его введении являлись контролем этого эксперимента), затем (через 2 - 2,5 часа) соединения ГАМК-ергического ряда. В серии опытов с совместным введением, после внутрижелудочковой иньекции 3 мкл агониста, вещество - антагонист применяли через 10 минут в том же объеме. Таким образом, общий обьем жидкости при двойном введении также составил 6 мкл. Доза рассчитывалась соответственно, исходя из уменьшения вводимого объема и была равна дозе, используемой при одиночном введении этого вещества. Контроль в этой серии экспериментов так же был двойным. В технике эксперимента (диаметр канюли, объем вводимого вещества, время адаптации и т. д. ) придерживались рекомендаций, предложенных КоиЪЪепЬегд (Иои^епЪегд, 1972). Запись начинали через 1 минуту после введения раствора.

Обработку электрограмм мозга осуществляли с помощью вычислительной системы на базе ЭВМ М1.сгсЛЛах по модифицированной методике периодограммного анализа (Скурихин, 1984) . Частотному анализу подвергались последовательные 15-ти секундные отрезки ЭГ. При этом вычисляли суммарные амплитуды ритмов в каждом из исследуемых поддиапазонов, а также их отношения к суммарному значению амплитуд всех анализируемых частот на конкретном отрезке (1-25 Гц) ЭГ. В дальнейшем, с помощью оригинальных программ осуществляли усреднение индивидуальных частотных спектров,

определяли доверительные интервалы и производили сравнение усредненных спектров с вычислением разницы (в %) между ними и определением степени достоверности обнаруженных различий по критерию Стьюдента и и-критерию (Урбах, 1964).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

1. Сравнительная характеристика влияния на СЭА ГАНК- и глутамат-ергических веществ.

С целью анализа элементов рецепторного характера в частотном составе электрической активности мозга проводились эксперименты как по раздельному, так и по совместному введению агонистов ГАМК-рецепторов (ГАНК, мусцимол, баклофен) и конкурентного (бикукуллин) или неконкурентного (пикротоксин) антагонистов ГАМК-А рецепторов.

Анализ результатов показал, что все изучаемые агонисты рецепторов ГАМК уменьшают мощность спектра в определенном диапазоне - 5-17 Гц. Причем это уменьшение носит не генерализованный характер, а проявляется узкими (1-2 Гц) полосами. Для тета-ритма наиболее стабильные изменения лежат в области 6-7 Гц, для альфа - 10-12 Гц. Изменения в высокочастотном бета-диапазоне (19-25 Гц) проявляются, в основном, в виде уменьшения мощности спектра при применении ГАМК. Они не стабильны по времени проявления и их величина сильно меняется у различных животных. Уменьшения мощности СЭА, вызываемые синтетическими агонистами, более устойчивы и

интенсивны, чем вызываемые ГАМК.

Выявлено значительное ослабление электрофизиологических эффектов всех применяемых агонистов ГАМК-А рецепторов при интравентрикулярном введении на их фоне антагонистов бикукуллина и пикротоксина. В то же время, сами антагонисты очень слабо влияют на изменения СЭА в исследуемых диапазонах, что особенно относится к бикукуллину.

Достаточно неожиданным явилось сходство эффектов мусцимола и

баклофена, особенно хорошо выраженное в диапазоне 7 - 16 Гц, а также нейтрализующее воздействие применяемых антагонистов на эффекты баклофена - специфического агониста ГАМК-Б рецепторов. При этом нейтрализация обоих эффектов наблюдалась после введения как бикукуллина, так и пикротоксина - антагониста этих рецепторов, действующего непосредственно на ионофорный комплекс (Раевский, 1986) .

ТАБЛИЦА 1. Характерные эффекты мусцимола в коре. Доза - 1*10 моль на животное.

Гц 4.5 .5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.5 13. 16. 20. 26.

Мин.

2 -1 0 -17 -1 -3 0 -10 -2 1 0 -16 -12

4 -14 9 -2 -35* 6 0 -24 1 5 0 -6 -2

6 -1 0 0 -17 0 2 -26 -2 -2 -5 -22 -4

8 -8 0 2 -14 4 1 -31 -8 3 0 -1 0

10 -9 -1 0 -31 5 -1 -40* -23 1 0 -4 2

12 -1 0 12 -27 5 -19 -46* -33* 1 -13 -9 4

14 -9 0 -1 -38* -1 0 -54* -36* -1 -15 -7 2

16 -21* -1 2 -33* 0 -4 -45* -33* 0 -2 0 4

18 -28* 0 7 -46* 2 -18 -51* -31* -11 -4 0 8

20 -2 0 0 -41* 0 -17 -67* -35* -10 -14 б 52*

22 5 2 11 -49* 0 -34* -71* -25* -25* 0 7 58*

24 -1 -1 12 -4 -1 -35* -67* -16 -8 0 0 12

Примечание: (здесь к далее в таблицах) изменения выражены разницей в процентах между усредненными спектрами в опыте и в контроле.

+ - усиление, - - ослабление мощности анализируемых частот, * - достоверные (Р = 0.05) изменения.

Усреднено 3 крысы.

следует отметить, что при общем качественном сходстве эффектов мусцимола и баклофена, проявляющемся в снижении мощности ритмов 5-17 Гц в ЭГ мозга, существуют и некоторые отличия между ними как в отношении конкретных частот, так и структур, в которых наблюдаются эти изменения. В этом плане интересен тот факт,что бакло-фен, присравнении с мусцимолом, оказывается более специфичным по действию на гиппокамп, где подавление им этого ритма выражено

отчетливее, чем в других структурах (Ярков и др.1994).

При введении Ь-фориы глутамата (табл. 2) сначала возникает реакция в высокочастотной области 20-25 Гц, а затем устойчивая реакция, сходная с реакцией ГАМЮ и мусцимола на частотах 7, 10, и 12 Гц. Подобного явления не наблюдалось при введении О-глутамата - формы, не вступающей в метаболические реакции (табл. 3). Зато реакция понижения амплитуды ритмов в высокочастотной области представлена более выраженно, чем у Ь-формы, и захватывает обширный диапазон от 14 до 25 Гц. С другой стороны, обращает на себя внимание факт, что ГАМК может приводить к эффекту понижения амплитуды в области 20 - 25 Гц, который сходен с эффектом Ь-глутамата (Ярков и др. 1989). ТАБЛИЦА 2. Характерные эффекты Ь-глутамата в коре.

-7

Лоза - 1*10 моль на животное.

ГЦ 7. 8 9 10. 11.5 13. 16. 20. 26.

Мин.

2 1 в 0 -2 0 -1 -1 -27* -14

4 -6 18 1 -22 -22 -3 -1 -34* -23*

6 -15 6 6 5 -16 2 6 -33* -31*

8 -35* 10 0 -4 -7 2 12 -33* -24*

10 -3- 18 0 -4 -4 26* 24* -37* -25*

12 -21 32 5 0 5 6 20 -29 -28

14 -6 7 0 -29 -29* -2 5 -20 -2

16 -6 12 -1 -7 -28* 1 11 -3 0

18 -39* 0 -6 -6 -23 6 10 -33* -7

20 -38* 0 -2 -6 -10 -4 -1 -16 -9

22 -33* 4 -1 -36* -20 0 0 -11 0

24 -16 1 -2 -37* -33* -14 -2 -37* -8

26 -20 2 -10 -19 -31* -1 0 -28 -4

28 -46* 8 -12 -12 -28 -15 -1 -51* -44*

Примечание: Усреднено 3 крысы.

Сравнительный анализ СЭА после введения ГАМК, Ь-глутамата и натриевой соли ГОМК - оксибутирата натрия, а также синтетических агонистов рецепторов ГАМК при индивидуальном и совместном с антагонистами введении показали наличие сходных изменений в диапазоне 5,5 - 17 Гц. Этот факт дает основание

предположить, что в основе этих изменений лежит активность рецепторов ГАМК.

Анализируя обнаруженные изменения в электрической активности исследуемых структур, можно предположить, что в формировании ритмики диапазона 5 - 17 Гц важное значение имеет состояние С1 каналов, причем их активация (ГАМК, мусцимолом) сопровождается ослаблением мощности данных колебаний. В определенной степени это подтверждается наличием С1 зависимости начальной фазы торможения в пирамидных нейронах гиппокампа' при ортодромной стимуляции (Kehl, 1985) .

Известно, что глутамат и ГАМК очень тесно связаны метаболическими путями. Другим эндогенным веществом, имеющим метаболический шунт с ГАМК, является гамма-оксимасляная кислота (ГОМК) (Островская, 1977) . При введении натриевой соли ГОМК, наряду с увеличением мощности низкочастотной составляющей, также наблюдалось ее уменьшение в области 5-12 Гц.

ТАБЛИЦА 3. Характерные эффекты D-глутаиата в коре.

- 7

Лоза - 1*10 моль на животное.

Гц 7. 8. 9. 10. 11.5 13. 16. 20. 26.

Мин.

2 0 -2 -1 0 -3 0 4 13 12

4 0 16 0 -4 -5 0 -1 0 -1

б 1 -9 0 -1 0 9 4 -2 0

8 -3 0 1 14 6 0 0 0 -10

10 0 18 22* 0 18 17* 0 -3 -13

12 -5 -2 0 0 1 -4 -21* -35* -53*

14 -16 0 0 1 0 -5 -19 -36* -51*

16 -8 -1 1 0 1 0 -28* -44* -64*

18 -2 -20* 2 0 -4 -19* -31* -53* -66*

20 -1 0 -1 -23* -7 -23* -34* -47* -64*

22 1 1 17 2 2 -2 -25* -40* -60*

24 -10 1 -8 1 -3 -18* -25* -35* -52*

26 -1 -6 -2 0 -1 0 -6 -33* -49*

28 1 1 2 5 1 -9 -26* -44* -52*

Примечание: Усреднено 3 крысы.

Действие баклофена связано с активацией ГАМК-Е рецепторов, принимающих участие в регуляции калий-кальциевых каналов. Однако, сходство ЭГ эффектов мусцимола и баклофена, нейтрализующего воздействия применяемых антагонистов ГАМЮ-А рецепторов на эффекты баклофена и данных литературы (Feltz, 1987), можно объяснить тем, что при действии баклофена in vivo происходит опосредованное влияние и на активацию ГАМК-А рецепторов.

Подобное предположение подтверждается и фактом существования достоверной корреляции, обнаруженной при анализе изменений одних и тех же частотных полос при введении мусцимола и баклофена. Безусловно, некоррелированность не означает независимости функций (Длин, 1975), но ее наличие между сходными частотными полосами двух различных агонистов согласуется с предположениями о существовании функциональной взаимосвязи между рецепторами различного подтипа (Ярков и др. 1989; 1991; Feltz et al. 1987; Maurin, 1988; Rago et al. 1983). В свою очередь, коррелированность различных частотных полос в одной структуре делает обоснованным предположение о существовании единого механизма (или нескольких взаимосвязанных) влияния агониста на СЭА в определенном диапазоне.

Предположение о возможной опосредованной активации ГАМК-А рецепторов можно считать составной частью концепции о взаимосвязи двух подтипов рецепторов ГАМК. Эта идея была высказана еще в 1983 г. Rago L.K. с соавт., когда они предложили объяснить увеличение эффектов мусцимола на поведение и выделение 3, 4 -диоксифенилуксусной кислоты его действием через ГАМК-Б рецептор (Rago, 1983) .

Возможно, один из механизмов этого эффекта связан с изменением концентрации Са++ в ГАМК-ергических нейронах, поскольку известна его особая роль как в функционировании ГАМК-Б рецепторов (Nicoll, 1984), так и в качестве внутриклеточного регулятора ГАМК-А рецепторов (Feltz, 1987).

Другой возможный механизм взаимодействия - регуляция активности постсинаптических ГАМК-А рецепторов через пресинаптические ГАМК-Б ауторецепторы путем изменения количества выделенного нейромедиатора из синаптического окончания (Комиссаров, 1986; Peet, 1986). Это предположение существенно расширяет возможности влияния ГАМК-ергической системы на формирование ответов

нейрональной сети (Дегтяренко, 1988).

Естественно, любой из этих механизмов влияния может найти отражение в характере частотного спектра электрической активности соответствующих образований мозга, однако анализ тонких механизмов подобных изменений требует иных методических подходов и составляет задачу будущих исследований.

Результаты наших опытов с изолированным введением специфического антагониста ГАМК-А рецептора бикукуллина хорошо согласуется с предположением о нейтрализации медленных ПСП вследствии блокирования С1 каналов. Однако, эксперименты с пикротоксином требуют более углубленного анализа возможных механизмов, участвующих в формировании высокочастотной

ритмики.Для пикротоксина нельзя исключить и "наведенных" эффектов от других, не относящихся к ГАМК-ергическим, механизмов, т.к. он является антагонистом и глициновых

рецепторов (Davidoff, 1969; Bruggencate, 1974) .

При интерпретации результатов опытов с введением глутамата обращалось внимание на тот факт, что L-глутамат является предшественником ГАМК, и в тоже время - это общепринятый медиатор возбуждающих рецепторов (Комиссаров, 1986; Дамбинова, 1989; Раевский, 1986, 1989; Roberts, 1974). Реакция перехода L-глутамата в ГАМК обратима и переизбыток одного вещества в клетке приводит к увеличению концентрации другого (Щипакина, 1976). Можно предположить, что эти метаболические переходы отражаются на ЭГ-уровне в представленных экспериментах. Это предположение подтверждается и отсутствием ГАМК-подобных изменений при введении D-формы глутамата, не участвующей в метаболизме.

Другим подтверждением этого предположения, являются результаты экспериментов с натриевой солью ГОМК - оксибутиратом натрия, показавшие снижение мощности альфа-ритма, характерное для ГАМК, на фоне специфического для ГОМК усиления низкочастотных ритмов. Как известно, в клетке существует шунт "ГАМК - ГОМК", и при переизбытке одного из веществ также возможны взаимопереходы по градиенту концентрации in vivo (Закусов, 1968, Островская, 1977, Раевский и др. 1986) .

Все вышеизложенное дает некоторое основание как для предположения о наличии функциональной взаимосвязи между обоими подтипами ГАМК-рецепторов в процессе формирования и реализации нейрохимического ответа, так и для выявления специфичности влияния рецепторов ГАМК на СЭА.

2. Анализ результатов сравнения эффектов ГАМК- и глутамат-ергических веществ в различных структурно-функциональных образованиях мозга.

Как показывает сравнительный анализ вышеприведенных результатов, существует тенденция к проявлению наибольших изменений СЭА в коре и гиппокампе - структурах с максимальной плотностью рецепторов ГАМК. Это особенно заметно при введении доз агониста со слабым эффектом (ГАМК в дозе 1*10 6 моль (Рис. 1) . Однако, в случаях, когда доза агониста достаточна для проявления стабильного, хорошо выраженного эффекта, четкой связи между количественными характеристиками изменений в мощности ритма и плотностью рецепторов не обнаружено. Наибольшее различие в изменениях СЭА по структурам наблюдается для экзогенных (мусцимол, баклофен) агонистов.

Особый интерес вызывает тот факт, что у каждой из "активных" частотных полос существует свой пик максимальных изменений в изучаемых структурах. Причем, подобные полосы часто могут быть очень близки по частоте. Например, для баклофена в диапазоне 9 Гц максимальное понижение мощности наблюдается в путамене, 10 Гц

- в гиппоканпе, а 11-16 Гц - в гипоталамусе.

О 2 4 б 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 20 Кора Путамен Лптоталаиус Иотпоквип

Рис.1 Эффекты центрального введения ГАМК на частотный состав электрограмм в различных структурах мозга крыс. Представлены кора (Хэосог^ех), путамен, гипоталамус, гиппокамп.

Диапазон 10 Гц.

Примечание: (здесь и далее в рисунках) по абциссе - время в минутах, по ординате - изменения, выраженные разницей в процентах между усредненными спектрами в опыте и контроле.

Однако, расчеты, проведенные для выявления достоверной корреляции изменений активных частотных полос, показывают высокую степень взаимосвязи изменений как в одних и тех же частотных диапазонах различных структур, так и между различными

"активными" частотными полосами в одной структуре Эти результаты согласуются с ранее полученными данными о достоверной

корреляции, отмеченной между изменениями СЭА вследствии .применения мусцимола и баклофена в сходных частотных диапазонах при этой же концентрации (Ярков и др. , 1994).

При введении бикукуллина на фоне действия агонистов наблюдается практически полное исчезновение изменений, индуцированных ими. Пикротоксин же дает более сложную картину: изменения, вызываемые агонистом, исчезают, зато появляются другие, характерные для пикротоксина. это можно интерпретировать как наложение собственных эффектов пикротоксина.

Таким образом, было показано отсутствие линейной зависимости между изменениями СЭА и количественными характеристиками ГАМК-ергической системы. Однако, величина изменений в некоторых случаях хорошо согласуется с функциональным коррелятом ритма. Действительно, если принять во внимание хорошо известный факт, что тэта-ритм является показателем "рабочего состояния мозга", мерой общего уровня сенсорного притока, линейно возрастая по Частоте по мере его повышения (Виноградова,1975), то подавление тэта-ритма введением агонистов тормозного нейромедиатора вполне закономерно. Интересен факт, что

баклофен, по сравнении с мусцимолом, оказывается более специфичным по действию на гиппокамп, где подавление им ритма выражено более явно, чем в других структурах.

С другой стороны, данные, полученные при введении агонистов в дозах, вызывающих минимальный эффект (ГАМК в дозе 1*10 6 моль, мусцимола - 1*10 моль), показывают, что плотность рецепторов в структуре существенно влияет на величину порога реакции изменения СЭА. Так, ГАМК и мусцимол вызывают в этих дозах изменения СЭА в коре, для которой характерна наибольшая плотность рецепторов. Изменения в гиппокампе (следующая по плотности рецепторов структура) уже менее значительны при введении мусцимола, и практически не проявляются при введении ГАМК. Однакй, если изменения уже запущены, то плотность рецепторов не играет основной роли в величине изменений. В этом случае гораздо

большее значение, очевидно, имеют модуляционные влияния со стороны изменений функционального состояния и поведенческих эффектов.

3. Зависимость изменений от дозы введенных ГАМК- и глутаматергических веществ.

Анализ изменений СЭА при действии различных доз исследуемых веществ показал существование у ряда агонистов определенной дозы, оптимальной для изменения СЭА. Этот эффект отмечен для баклофена, мусцимола и глутамата обеих форм, но отсутствует у ГАМК и

антагонистов ее рецепторов, оптимальные изменения достигаются при _ д

введении дозы 1*10 моль на животное для мусцимола и баклофена

- 7

и 1*10 моль для глутамата обоих форм (Рис. 2).

Еще один интересный эффект - реверсия (т. е. снена эффектов на противоположные) изменений ЭГ одного диапазона в результате введения различных доз агонистов. Для ГАМК этот эффект наблюдается в альфа-диапазоне для доз 1*10 6 и 1*10 7 моль, для мусцимола этот эффект еще более •выражен - в максимальной и минимальной дозе мусцимол вызывает повышение активности альфа-ритма над контролем, тогда как средняя доза дает его стабильное и сильное понижение.

Достаточно неожиданным является факт выявления значительных различий в эффектах антагонистов - если для бикукуллина характерно слабое повышение мощности в области 17-20 Гц для всех используемых доз, то пикротоксин заметно уменьшает мощность

СЭА в альфа- и бета-диапазонах. Изменения становятся заметными

- 9 - 8

уже при дозе 1*10 и сильными при 1*10 моль на животное.

Анализ дозозависимости СЭА дает основание предположить существование гипотетического оптимального состояния нейронов, при котором возможны максимально проявляющиеся электрические процессы, "составляющие" СЭА. Вероятно, они связаны с изменением мембранного потенциала. Действительно, сознавая, что последний напрямую зависит от количества нейромедиатора в синаптической

щели (Куффлер,1979), а также, рассматривая постсинаптические потенциалы в качестве основных "элементов", формирующих СЭА (Гусельников, 1976; Жадин, 1984; 1994), можно предположить, что именно возникновение определенной величины мембранного потенциала, оптимальной для изменения ЭГ, достигается при введении соответствующей дозы агониста. Отсутствие подобного эффекта для ГАМК можно объяснить тем, что количество введенной ГАМК было недостаточно для выявления оптимальной дозы. Одной из причин такого слабого воздействия ГАМК может быть активная ферментативная утилизация этого нейромедиатора.

А%

-а- 1Ч0"8 моль -*- 1*10"* моль -а- 1*10~10моль

Рис. 2 Изменения спектра ЭГ в гиппокампе при центральном введении мусцимола в дозах 1*10**-8, 1*10**-9 и 1*10**-10 моль на животное. Представлен диапазон б - 7 Гц.

Несмотря на то, что D-глутамат считается функциональным антагонистом рецепторов глутамата (Watkins, 1990), в представленных экспериментах выявлена нелинейность в зависимости "доза-эффект", которая присуща агонистам. Этот факт подтверждает некоторые литературные данные, показывающие возможность конкурентной активации D-глутаматом "развернутой" формы рецептора (McLennan, 1981).

Обращает на себя внимание тот факт, что нелинейный характер кривой "доза-эффект" и реверсия направления изменений, как крайний случай этой нелинейности, наблюдаются для веществ, влияющих на бензодиазепиновые рецепторы, которые

контролируютхлорные каналы, интересно, что подобный характер эффектов ГАМК-ергических веществ присутствует на различных уровнях функциональной организации. Так, Чиженкова P.A. отмечала аналогичный характер изменения усвоения ритма при аппликации раствора ГАМК различной концентрации на кору (Чиженкова, 1987), а Coop С.F. с соавт. - О - образность кривой "доза - эффект" для влияния мусцимола на низкочастотный гиппокампальный ритм (Coop, et al., 1989).

ВЫВОДЫ.

1. Полученные в настоящем исследовании результаты подтверждают участие ГАМК-ергических механизмов в формировании и/или модуляции суммарной электрической активности (СЭА) исследуемых структур (Коре, гиппокампе, путамене, гипоталамусе.)

2. введение в желудочек мозга агонистов рецепторов ГАМК (ГАМК, мусцимола, баклофена) вызывает уменьшение мощности спектра в диапазоне 5-17 Гц. Эти изменения носят не генерализованный характер, а проявляется узкими (1-2 Гц) полосами. Для тэта -ритма наиболее стабильные изменения лежат в области 6-7 Гц, для альфа - 10-12 Гц.

3. Анализ полученных результатов, корреляционные характеристики и сопоставление с литературными данными дают

основание предположить о наличии функциональной взаимосвязи между ГАМК-А и ГАМК-Б рецепторами в процессе формирования и реализации нейрохимического ответа.

4. Антагонисты (бикукуллин, пикротоксин) практически полностью нейтрализуют изменения, вызванные агонистами, во всех изучаемых структурах. Для бикукуллина характерно очень слабое собственное влияние на электрическую активность, мало зависящее от дозы. Пикротоксин оказывает неоднозначное действие на СЭА.

5. Показана нелинейная зависимость изменений СЭА при введении

разных доз мусцимола, баклофена, L- и D- глутамата. Для каждого

- 9

из этих веществ выявлены дозы (1*10 - для мусцимола и баклофена,

- 7

1*10 моль на животное - для Ь- и D- глутамата), максимально влияющие на электрическую активность.

6. Наличие сходных изменений спектров СЭА в диапазоне 6-17 Гц при сравнении ЭГ-эффектов L-глутамата и натриевой соли ГОМК с агонистами ГАМК, может свидетельствовать об активации во всех случаях рецепторов ГАМК.

7. Корреляция между плотностью изучаемых рецепторов в структурах и изменениями СЭА в них не имеет линейного характера. Однако, плотность рецепторов обуславливает величину пороговой дозы веществ, вызывающих изменения СЭА.

Список работ по материалам диссертации.

1. Ярков A.B., Воробьев В.В., Гальченко А.А, Ковалев Г.И. Электрическая активность гиппокампа крыс при центральном введении агонистов и антагонистов ГАМК. Физиол. ж. СССР им. И.М. Сеченова 1989, т.75, N12, с.1677-1685.

2. Ярков A.B., Воробьев В.В., Ковалев Г.И. Действие агонистов и антагониста ГАМК на частотный состав электрической активности различных образований мозга крыс. Физиол. ж. СССР им. И.М. Сеченова 1991, т.77, N11, с. 12-20.

3. Ярков A.B., Гальченко А. А, Ковалев Г.И. Изменения электрической активности мозга крыс при центральном введении

различных доз агонистов и антагониста ГАМК.

Эксперимент, и клинич. фармакология. 1994, т. 57, N4, с.6-11.

4. Yarkov А.V., Galtchenko A. A. and. Kovalev G.I. Neurophy-siological analysis of the effects of. agonists and antagonists of mediatory amino acid receptors. - In: Physiological and biochemical basis of brain activity, Abstract of Int. Symp., St. Petersburg 1994, p. 61.

5. Ignat'ev D.A., Vorobjov V.V., Yarlcov A.V. , Sviryaev V.I. Effects of injecting of hibernating ground squirrel (citellus un-dulatus) brain fraction 1-10 kD into homoiotherm3. In: Signal molecules and mechanisms of animal behaviour, Abstract of Int. Symp., Pushchino, 1989.

6. Yarkov A.V., Vorobjov V.V., Galtchenko A.A. and Kovalev G.I. Electrical activity of the rat hippocampus in central administration of the GABA agonists and antagonists. Heurosci. and Behav. Physiol., Vol. 21, H 1, 1991, P. 81-88.

7. Yarkov A.V., Vorobjov V.V. and Kovalev G.I.

GABA agonists and antagonist effect on frequency content of electrical activity of different rat brain structures. Neurosci. and Behav. Physiol., Vol. 23, N 1, 1993, P. 76-82.

25 10.94 г. Зак.6306P. Тир.100 экз. Уч.-изд.л. 1,0

Отпечатано на ротапринт*1 в 0НТИ ПНИ РА!