Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Нейрохимические корреляты индивидуально-типологических особенностей поведения у крыс

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Нейрохимические корреляты индивидуально-типологических особенностей поведения у крыс"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ

1 ^ •- ... На правах рукописи

1 1 КОЯ. 1986 ; УДК 612.82

Степаничев Михаил Юрьевич

НЕЙРОХИМИЧЕСКИЕ КОРРЕЛЯТЫ ИНДИВИДУАЛЬНО-ТИПОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОВЕДЕНИЯ У КРЫС

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва, 1996

Работа выполнена в лаборатории функциональной биохимии нервной системы Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской Академии Наук

Научный руководитель: доктор биологических наук

Н.В. Гуляева

Официальные оппоненты: доктор биологических наук,

профессор H.A. Тушмалова доктор биологических наук, профессор Р.Н. Глебов

Ведущее учревдение: Институт мозга РАМН

I года в

Защита состоитсярсту// 19912. года в /т часов на заседании Специализированного Ученого Совета Д-003.10.01 Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (г. Москва, ул. Бутлерова, 5 а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИВНДиНФ РАН Автореферат разослан "¿¿Г" (ЖГГи)ор^ 1996 года

Ученый секретарь Специализированного Совета Доктор биологических наук

X. Коштоянц

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Индивидуально-типологические особенности поведения (ИТОП) -один из важнейших факторов, определяющих взаимодействие организма и среды. Современные представления об ИТОП основаны на работах И. П. Павлова (1938) о типах ВНД и развиты современными учеными П.В. Симоновым (1975-1995), М.Г. Айрапетянцем (1982) и другими.

Индивидуально-типологические характеристики нервной системы находят свое отражение в индивидуальных особенностях поведения человека и животных. Исследование ИТОП на животных позволяет проводить их феноменологическое изучение, а также подойти' к выявлению механизмов разного уровня, лежащих в основе проявления ИТОП.

Для выявления различий ИТОП у животных: проводят • предъявление им биологически значимых раздражителей, среди которых наряду с пространственными (играющими основную роль в тесте "открытого по-• ля" (ОП)) широко используются внешний вид и звуковые сигналы другой особи. Предложенный П.В. Симоновым (1976) тест "эмоционального резонанса" (ЭР) представляется одним из наиболее перспективных при проведении таких исследований. Тип поведения, демонстрируемый в тесте ЭР, сопоставим с показателями психотицизма-невротицизма и экстра-интроверсии по шкале Айзенка, что делает данную поведенческую модель важной и с точки Брения исследования индивидуальной устойчивости организма в экстремальных ситуациях (Симонов, 1984).

Актуальным представляется вопрос о молекулярных механизмах, лежащих в основе проявления ИТОП. В литературе имеются данные о том, что у животных, различающихся по ИТОП, имеются существенные различия в характере энергетического, белкового и других видов обмена в мозге и других органах (Краковский, 1987; Краковский и соавт., 1989; Герштейн и соавт., 1991), регионарном распределении и метаболизме биогенных аминов в мозге (Гецова, Орлова, 1993 ; Кулагин, Болондинский, 1986; Jeste, Smith, 1989), особенностях свободнорадикального окисления (СРО) липидов в мозге, крови и некоторых других органах (Бондаренко и соавт., 1985; Левшина, Гуляева, 1991).

Несмотря на достаточно большое число работ, посвященных исследованию молекулярных механизмов ИТОП, не было предпринято систематического исследования нейрохимических коррелятов ИТОП крыс в тесте "эмоционального резонанса" (ЭР). Представляется целесообразным изучение показателей, характеризующих наиболее глобальные

процессы, протекающие в ЦНС. В качестве первого комплекса таких показателей могут быть использованы параметры СРО в мозге. СРО является одним из естественных механизмов модификации липидного состава клеточных мембран, • обусловливающим изменения их функциональных характеристик ( Halliwell, Gutterldge, 1989; Vladimlrov, 1986). Постулирован свободнорадикальный механизм регуляции клеточного метаболизма, связанный с другими регуляторными системами (Бурлакова, 1976, 1980). Активные формы кислорода влияют на механизм трансдукции сигнала в клетке (Halliwell, Gutterldge, 1989), в связи с чем особое внимание привлекает исследование роли N0 в мозге.

Другим перспективным направлением функционально-биохимического исследования показателей нейрональной активности в мозге животных с ИТОП является изучение систем вторичных посредников, в частности системы цАМФ. Известно, • что функциональная активность нервной клетки в значительной степени определяется деятельностью ее рецепторного аппарата. Поскольку большинство гормонов и нейро-медиаторов имеют рецепторы, сопряженные с аденилатциклазой, то изменение содержания цАМФ отражает изменение функциональной активности клетки в ответ на стимуляцию ее рецепторного • аппарата-(Solomon, 1991).

Вышеизложенное- позволило определить цель и задачи настоящего исследования.

Цель работы и основные задачи исследования.

Основной" целью данной работы явилось выявление нейрохимических коррелятов индивидуально-типологических особенностей поведения крыс, выявляемых в тесте "эмоционального резонанса".

Для достижения ■ данной цели были поставлены следующие конкретные задачи:

1. Изучить- процессы СРО, активность NO-синтазы и липиды мозга у крыс разного возраста с ИТОП в тесте ЭР в норме.

2. Изучить процессы СРО, активность NO-синтазы и липиды мозга у крыс разного возраста с ИТСП в тесте ЭР при остром стрессе и глобальной ишемии мозга (ГИМ).

3. Изучить содержание цАМФ и его соотношение в макроструктурах мозга у крыс разного возраста с ИТОП в тесте ЭР.

4. Изучить процессы СРО, и липиды мозга у крыс с разными стратегиями поведения, выявляемыми в ситуации конкуренции за доступ к пище и способ ее добывания.

1оложения, выносимые на защиту

1. Индивидуально-типологические особенности поведения живот-1ых (в тесте "эмоционального резонанса") связаны с различиями в ¡арактере свободнорадикальных процессов, составе липидной компо-юнты мембран, активности NO-cинтaзы, соотношении уровней цАМФ в 1акроструктурах мозга.

2. Характерные для животных с типологическими особенностями юведения нейрохимические различия могут проявляться в норме 1/или иметь реактивный характер, а также-зависят от возраста.

3. Указанные различия имеют глобальный характер, затрагивают сдельные структуры мозга или отражаются в межполушарной асиммет-ш.

[аучная новизна

В работе впервые проведено систематическое исследование ряда ¡начимых биохимических показателей в мозге .крыс разного возраста ! различными стратегиями поведения в тесте ЭР. Показано, что с юзрастом происходят изменения ИТОП крыс в тесте ЭР.

Установлено, что у старых и взрослых животных с различиями в юведении в тесте ЭР особенности процессов СРО, липидного состава [еребральных мембран, а также системы цАМФ проявляются наиболее [етко при умеренной нагрузке (стрессе) или экстремальном воздейс-■вии (ГШ) и могут носить глобальный характер, затрагивать отельные структуры мозга или проявляться в межполушарной асимметрии. Активность Ш-синтазы различна у крыс с разной типологически принадлежностью.

Установлено, что для животных с различными ИТОП характерны различные паттерны корреляций содержания цАШ> в разных макроструктурах мозга.

Впервые проведено исследование процессов свободнорадикально-о окисления, состава липидов мембран и содержания цАМФ в коре олыпих полушарий и ряде структур головного мозга крыс с различ-ыми стратегиями поведения в условиях конкуренции аа доступ к пи-,е и способ ее получения. Выявлены существенные различия в содер-ании фосфолипидов (ФЛ) в коре левого полушария у животных разных рупп, при этом отмечен более низкий уровень ФЛ у "паразитов" и рыс, менявших стратегию поведения в течение эксперимента, в равнении с "работниками" и "лентяями". Обнаружены различия в исле и структуре корреляций уровня цАМФ в гипоталамусе, гиппо-ампе, фронтальной коре и миндалине.

Научно-практическая ценность

. Полученные в настоящей работе результаты существенно углубляют понимание основ молекулярных процессов, обеспечивающих индивидуальные различия в поведении, что имеет важное значение для разработки фундаментальных проблем, связанных с механизмами функционирования центральной нервной системы.

Выявленные различия в нейрохимической реактивности животных с разными ИТОП на модели постреанимационной патологии могут служить основой для объяснения наблюдаемых в клинике постреанимационных различий.

Разработанный в представленной работе новый методический подход к определению активности N00 позволяет расширить арсенал методов исследования системы окиси азота в мозге. Апробация работы

Основные результаты работы доложены на Всероссийской конференции "Свободнорадикальные механизмы церебральных патологий: теоретические и практические аспекты проблемы" (Москва, 1993), ученых советах ИВНД и НФ РАН (Москва, 1993, 1994), Международной зимней школе молодых ученых по нейробиологии "Современные достижения в изучении метаболизма мозга" (С.-Петербург, 1995), совместном семинаре лабораторий условных рефлексов и физиологии эмоций и функциональной биохимии нервной системы ИВНД и НФ РАН . (Москва, 1995), 1-ом Европейском фармакологическом конгрессе (Милан, 1995), 4-ом Всемирном конгрессе 1В1Ю по нейронаукам (Киото, 1995), 15-ом съезде Международного нейрохимического общества (Киото, 1995), 4-ом конгрессе по нейроэтологии (Кембридж, • 1995), 2-ой осенней школе "Демиелинизация, ишемия и нейродегенеративные-заболевания" (Кембридж, 1995), Международной школе по нейрокибер-нетикё ''Макромолекулярные взаимодействия в ассоциативных механизмах мозга (Неаполь, 1995), заседании московского отделения Российского нейрохимического общества (Москва, 1995), а также апробированы на межлабораторной конференции Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (Москва, 1996). Объем и структура диссертации

Диссертация содержит следующие основные разделы: введение, обзор данных литературы, три главы результатов собственных исследований и их обсуждение, заключение, выводы и библиографический указатель, включающий работы на русском (162) и иностранных (175) языках. Диссертация изложена на 165 страницах машинописного тек-

- 5 -

ста и содержит <23 таблиц и ¿Орисунков.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

В работе использовано 416 крыс самцов линии Wist яг. Выли исследованы животные в возрасте 3, 6, 14, £0, 23 месяцев.

В качестве приема, позволяющего быстро и эффективно разделить крыс на группы, различающиеся по ИТОП, был использован метод ЭР (крыс тестировали однократно) (Симонов, 1976). При этом выделяли следующие группы животных: крысы, не демонстрирующие ЭР (тип 1), демонстрирующие ЭР (тип 2), крысы с перемежающейся реакцией (тип 3), пассивные крысы, у которых отсутствовал выбор стратегии поведения в условиях теста (тип 4). Поведение крыс оценивали также по методике ОП (Буреш и соавт.. 1991). Крысы с разными стратегиями поведения в условиях конкуренции за пищу и способ ее добывания были любезно предоставлены для исследования научным сотрудником ИВНДиНФ РАН C.B. Хромовой.

Острое стрессорное воздействие производили путем помещения крыс в плексигласовые трубы на 1 ч. ГИМ создавали системной остановкой кровотока внутриторакальным пережатием сосудистого пучка зердца (модель постреанимационной патологии) (Корпачев и соавт., 1982). Восстановление деятельности зрительного, слухового и двигательного анализаторов оценивали по балльной шкале, предложенной 1ысенковым и соавт. (1982). Для проведения комплекса биохимических исследований крыс умерщвляли декапитацией или микроволновым 1злучением (6 кВт, 0,6-1 с).

Подготовку ткани мозга к биохимическому исследованию прово-;или как описано ранее (Степаничев и соавт., 1995). Для оценки ютенциальной способности ткани к радикалообразованию исследовали гараметры Н2О2-индуцированной люминол- зависимой хемилюминесценции ЛМ) (Gulyaeva et al., 1994). Величину супероксидперехватыващей [ктивности (СПА) определяли спектрофотометрическим методом (Nis-Ikimi et al., 1972). Продукты СРО, реагирующие с 2-тиобарбитуро-ой кислотой (ТБК-РП) ( базальный уровень и накопление в резуль-ате индукции Fe 2+/аскорбатом в течение 60 мин) определяли по етодам, предложенным Ohkawa et al. (1979) и Каганом и со-вт. (1979). Концентрацию белка определяли по методу Брэдфорда Bradford, 1976).

Экстракцию липидов из гомогенатов ткани мозга проводили по зтоду Фолча (Folch et al., 1957). В хлороформенных экстрактах эоводили определение общих липидов, суммарных ФЛ и холестерина

(ХЛ) спектрофотометрическими методами (Колб, Камышников, 1982; Петровский и соавт., 1986).

Для определения активности NO-синтазы (N00) нами был разработан метод, основанный на реакции N0 с диэтилдитиокарбаматом и Fe2+, в результате которой образуется парамагнитный мононитро-зильный комплекс, регистрируемый методом ЭПР-спектроскопии (Цапин и соавт., 1994).

Содержание циклического 3',5'-аденозинмонофосфата (цАМФ) в биологическом материале определяли по методу Silman (1970), с использованием стандартных наборов "Cyclic AMP Assay Kit" фирмы "Amersham" (Англия).

Статистическую обработку осуществляли с использованием t-критерия Стьюдента, многофакторного дисперсионного анализа и непараметрических методов, реализованных в стандартном пакете программ "STATGRAPHICS" (Версия 2.6, Statistlcal Graphics Corporation).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБСУЖДЕНИЕ 1. Возрастные изменения наведения крыс в тесте "эмоциональный резонанс".

Для выяснения вопроса о том, как изменяются ИТОП в процессе онтогенеза, были исследованы параметры индивидуального поведения животных разных возрастных групп в тесте ЭР. Установлено, что примерное соотношение числа особей с типичными стратегиями поведения (тип 1 - 3) в тесте ЭР среди 3-месячных (п=100), 6-месячных (п-162) и 20-месячных (п-55) крыс не изменяется существенно (рис. 1): крысы, демонстрирующие реакцию ЭР, составляют около 15Х от числа всех особей. В то же время среди крыс выделяются особи (тип " 4), для которых не характерен ни один из перечисленных типов по-" ведения с тесте ЭР. Это малоподвижные крысы, у которых практически не выражено исследовательское поведение в условиях экспериментальной камеры. Обычно они сидят, забившись в угол в светлом отсеке камеры, не совершая переходов в темную часть установки. Среди 3- и 6-месячных крыс число таких животных не превышало 3%, но резко увеличивалось (до 31Z) среди 20-месячных. Резкое возраста" ние числа крыс с отсутствием выбора стратегии поведения в непривычной ситуации, по всей видимости, связано с новизной обстановки, которая для старых животных типа 4 является настолько значимым аверсивным стимулом, ' что, вызывая сильные отрицательные эмоции, препятствует проявлению любой активности.

Таким образом, типичные стратегии поведения крыс, выявляемые

3 6 20 Возраст

(мес.).

Рис. 1. Поведение крыс в тесте ЭР. Сектора отражают долю крыс типа 1 (темные), типа 2 (светлые), типа 3 (двойная штриховка) и типа 4 (простая штриховка) в разных возрастных группах.

при однократном тестировании в условиях ЭР, стабильно проявляются во всех возрастных группах животных. Увеличение численности старых крыс типа 4 возможно связано с изменениями в эмоциональном статусе (сдвиг эмоционального баланса в сторону проявления отрицательных эмоций), которые проявляются на уровне целого организма и являются важной чертой старения (Рушкевич, 1989; Фролькис и со-авт., 1991).

Изменение поведения крыс в 0П в процессе старения также свидетельствует в пользу данного предположения. Так, при исследованиях, проведенных на двух популяциях 'крыс (в первом случае животных тестировали в ОП в возрасте 3 месяцев (п =40) и 6 месяцев (п -40), во втором - тестирование проводилось в 14-месячном (п -72) и 19-месячном (п -56) возрасте, тестирования проведены в октябре-феврале месяце), было установлено, что с возрастом происходит достоверное поступательное снижение показателей горизонтальной и вертикальной двигательной активности (число пересеченных квадратов составило 98,6±4,4, 63,3±3,4, 73.5±2,7, 40,5±2,5; число стоек - 27,4±2,0, 21,7±1,5, 18,9±1,1, 10,4±1,0 у крыс в возрасте 3, 6,. 14, 19 месяцев соответственно; р<0,05). Более низкая двигательная активность старых' крыс в сравнении с молодыми отражает проявление реакции страха новой незнакомой обстановки. (Буреш и соавт., 1991).

2. Особенности свободнорадикального окисления и липиды мембран взрослых и старых крыс с разными ИТОП в тесте ЭР.

У 6-месячных крыс типов 1 и 2 и 20-месячных животных типов 1 и 4 (для всех групп п-14) были исследованы процессы СРО и содер-

жание ФЛ и ХЛ в коре больших полушарий мозга в норме и при иммо-билизационном стрессе.

Было установлено, что с возрастом происходит достоверное снижение содержания ФЛ (в 1,33 раза, р<0,01), приводящее к росту молярного отношения ХЛ.-ФЛ в коре головного мозга. У старых крыс отмечен более высокий уровень ТБК-РП (в 1,52 раза, р<0,01), тогда как потенциальная способность к образованию ТБК-РП при индукции СРО in vitro была в 1,37 раза выше у взрослых животных (р<0,01). Генерация активных форм кислорода (ГАФК) у взрослых крыс также была выше как по интенсивности ЛМ (в 1,36 раза; р<0,01), так и по суммарной световой эмиссии ЛМ (в 3,3 раза; р<0,001).

Из полученных данных следует, что в коре больших полушарий (без разделения на левое и правое) различия проявлялись только между группами крыс разного возраста независимо от ИТОП. Для животных с разными ИТОП была характерна различная латерализация указанных показателей в мозге. Так, у старых крыс типа 1 наблюдалось более высокое содержание ФЛ в коре правого полушария в сравнении с корой левого (45,3±2,9 и 33,5±1,6 % от общего содержания липидов соответственно; р<0,05), что не было характерно для старых крыс типа 4 (46,5±5.1 и 35,5±5,6 Z соответственно). Среди взрослых животных "левая асимметрия" по содержанию ФЛ была отмечена у 1фыс типа 2 (53,314,2 и 71,1±2,4 7. в коре правого и левого полушарий соответственно; р<0,05), аналогичная тенденция наблюдалась и у крыс типа 1 (49,И8,9 и 70,0±7,1 7. соответственно). У взрослых крыс типа 2 отношение ХЛ:ФЛ было выше в правом полушарии в сравнении с левым (1,20±0,11 и 0,80±0,06 соответственно;. р<0,05).

После стресса соотношение параметров, характеризующих СРО у взрослых и старых крыс, оставалось приблизительно таким же, как и до стресса. У старых животных базальный уровень ТБК-РП был выше в 1,67 (р< 0,01) раза, интенсивность, суммарная эмиссия света ЛМ и содержание ТБК-РП после индукции СРО были ниже в 1,12 (р<0,05), 2,95 (р< 0,01) и 1,53 (р< 0,01) раза соответственно.

Различия в характере процессов СРО, тесно связанные с особенностями межполушарной асимметрии, также проявлялись у взрослых и старых крыс с разными ИТОП после стресса. У старых крыс это касалось в первую очередь правого полушария, а у взрослых левого. СПА в мозге старых крыс типа -1 после стресса достигала уровня контрольных животных в коре обоих полушарий, в то время как у

старых животных типа 4 наблюдалось резкое снижение СПА в коре .правого полушария (р<0,05). Для старых животных обоих типов было характерно постстрессорное усиление ГАФК (по амплитуде JIM) в коре правого полушария (14б,8±11,0 и 201,9±13,8 у контрольных и стрес-сированных старых крыс типа 1 и 14б,б±9,7 и 213,3±4б,4 у старых крыс типа 4 соответственно; р<0,02).

Снижение СПА после стресса наблюдалось у взрослых крыс типа 2 и повышение СПА - у взрослых крыс типа 1 (различия контроль -стресс достоверны согласно AN0VA для крыс обоих типов F3.49=4,20; р< 0,05). После стресса уровень СПА в левом полушарии крыс типа 1 был ниже в сравнении с типом 2 (р<0,04). По другим показателям, характеризующим СРО, выраженных изменений не наблюдалось.

Таким образом показано, что содержание ФЛ снижалось, а отношение ХЛ:ФЛ увеличивалось с возрастом в мембранах коры больших полушарий мозга крыс. У старых животных содержание ТБК-РП было выше в сравнении со взрослыми, что в целом согласуется с имеющимися в литературе данными (Viani et al., 1991; Rao et al., 1990). Различия в составе липидной компоненты и интенсивности процессов СРО у животных одного возраста с ИТОП выражены слабо (по крайней мере на уровне суммарных ФЛ, ТБК-РП и ГАФК), в то же время наблюдалась сложная картина, связанная с особенностями распределения липидов в коре левого и правого полушарий. При этом эффекты стресса были более выражены в коре мозга старых крыс и практически не отражались на липидном составе и параметрах СРО у взрослых животных. Зависимость липидной компоненты и свободнорадикальных процессов от ИТОП также максимально проявлялась в разных полушариях моэга у старых крыс. На основании полученных результатов можно предположить, что ИТОП животных определяют характер измене- ' ния СРО в мозге при стрессе.

3. ГАФК и активность N0C в мозге крыс: зависимость от возраста и ИТОП.

Активность N0C исследовали в мозжечке, коре левого и правого полушарий и подкорковых структурах мозга крыс в возрасте 3-, б- и 23-месяцев. Как правило, активность N0C в мозжечке и коре правого полушария была ниже у молодых крыс, чем у взрослых и старых животных (р<0,05), а в других структурах практически не зависела от возраста. Дисперсионный анализ (AN0VA) позволил выявить достоверную зависимость от возраста только активности в мозжечке (F=3,74 р<0,04). Для ГАФК была характерна противоположная зависимость от

возраста. Как правило, ЛМ в мозжечке была существенно выше, чем в коре и подкорковых структурах. ЛМ вначале снижалась с возрастом (от 2 к б месяцам, р<0,01), а затем возрастала к 23 месяцам (р<0,05).

Активность N00 и ГАФКбыли исследованы у старых животных с типами поведения 1 и 2 в тесте ЭР. На рис. 2 представлены результаты, демонстрирующие регионарные различия активности N00 в мозге старых крыс. Наиболее высокая активность отмечена в мозжечке и подкорковых структурах. / Как правило, активность N00 в отделах мозга крыс типа 2 была ниже, чем у крыс типа 1.

Максимальная ГАФК отмечалась в мозжечке, минимальная - в коре больших полушарий. ГАФК в соответствующих отделах мозга была существенно выше у животных типа 2 по сравнению с типом 1. Таким образом, во всех группах активность N00 и ГАФК были выше в мозжечке, чем в коре больших полушарий (рис. 2).

Таким образом, показано, что активность возрастает у крыс на протяжение начального периода жизни и не снижается существенно при старении. В то же время, ГАФК в мозге взрослых крыс имеет более низкий уровень в сравнении с молодыми и старыми крысами, что, видимо, является следствием более совершенных механизмов антирадикальной защиты мозга у взрослых особей. В настоящей работе выявлены различия, связанные с поведением, - более низкая активность N00 и более высокая ГАФК в отделах мозга активных животных, предпочитающих светлое пространство, в сравнении с пассивными животными, предпочитающими темноту. Более высокий уровень ГАФК у крыс типа 2 может способствовать интенсификации процессов СРО у животных этого типа, что согласуется с ранее полученными данными (Левшина, Гуляева, 1991).

4. Особенности СРО у крыс с ИТОП при глобальной ишемии мозга

Особенности процессов СРО в коре больших полушарий, гиппо-кампе, мозжечке и сыворотке крови были исследованы у крыс с разными ИТШ после ГИМ. В работе использованы половозрелые самцы крыс с типами поведения 1 и 3 в тесте ЭР.

Как видно иэ данных, приведенных на рис. 3, усиление радика-лообразования через 1 час после 7 минутной остановки системного кровообращения наблюдалось у крыс обоих типов в мозжечке и коре больших полушарий. В то же время у крыс типа 1 достоверное усиление ГАФК достоверно происходило только в коре левого полушария, а

Активность NOC (нколь/мин/r сырого веса ткани)

М ЛП ПП ПС

Шп От»

Свегосукма ЛМ (усл. «д./100)

Рис. 2. Активность Ш-синтазы (А) и суммарная эмиссия света М (Б) в отделах мозга старых крыс, различающихся по поведению в есте ЭР. Т1 - крысы типа 1 (п=12); Т2 - крысы типа 2 (п=6). М -озжечок; ЛП - кора левого полушария; Ш - кора правого полушага; ПС - подкорковые структуры. * - достоверность различий между квотными типов 1 и 2, р<0,05.

С ПА (усл. ед.)

Светосуюм ЛМ (усл. ед.)

Супероксидперехватывающая активность (А) и суммарная миссия света Mi --------------------- -----------------

Рис 3

_ ' "(Б) в' отделах мозга крыс Г различающихся ш повё-ению в тесте ЭР при глобальной ишемии мозга. Т1 - крысы типа 1; 3 - крысы типа 3. М - мозжечок;' ЛП - кора левого полушария; ПП -opa правого полушария; ГК - гиппокамп. * - достоверность разли-ии между группами контрольных крыс и крыс, перенесших ишемичес-ое воздействие, + - достоверность различии между животными типов и 3, р<0,05. Темные столбики - контрольные животные; заштрихо-анные - крысы, перенесшие ГИМ. Для всех групп п - 7.

у крыс типа 3 - в коре правого. ИТШ определяли и характер ради-кадообразования в гиппокампе - усиление у крыс типа 1 и снижение у крыс типа 3. У крыс типа 3 наблюдалось резкое ингибирование СНА, в то время как у крыс типа 1 значения СПА не отличались от величин у контрольных животных этого типа.

Таким образом, интенсивность окислительного стресса вследствие ГИМ существенно различалась- у крыс разной типологической принадлежности.

5. Циклический 3* ,5'-аденозинмонофос$ат у крыс с ИТОП

Одной из наиболее оригинальных гипотез о генезе индивидуальных различий поведения является концепция об индивидуальных особенностях взаимодействия структур лимбической системы и фронтальной коры (Симонов, • 1981-1993). Взаимодействие между этими структурами предполагает наличие координации их функционально-биохимической активности. В качестве показателя наиболее общих изменений функциональной активности клеток, входящих в состав указанных отделов мозга, может быть использован уровень цАШ. поскольку большинство гормонов и нейромедиаторов имеют рецепторы, сопряженные с аденилатциклазой.

Уровень цАМ5 был исследован в фронтальной коре, гиппокампе, гипоталамусе и миндалине старых крыс с типами поведения 1 и 4 в тесте ЭР и взрослых крыс типов 1 и 2 в норме и при стрессе, для которых выше было описано состояние процессов СРО в мозге.

В указанных отделах мозга взрослых и старых крыс содержание цАМФ не различалось существенно ни внутри одного поведенческого типа, ни между отделами мозга крыс разных поведенческих группу цАМФ был равномерно распределен и в структурах правого и левого полушарий.

У старых крыс стресс вызывал накопление цАШ во всех структурах за исключением гиппокампа. В то же время при анализе содержания цАШ в структурах левого и правого полушарий раздельно достоверное повышение уровня цАМФ отмечено только у старых крыс типа 4 в миндалине и фронтальной коре правого полушария и гипоталамусе левого. Зависимость • эффекта стресса от типа поведения животного подтверждена и данными А№Щ.

У взрослых крыс накопление цАМФ после стресса было обнаружено только в левой миндалине у крыс типа 2, тогда как у крыс типа 1 изменений в уровне цАМФ не наблюдалось.

На рис. 4 показаны паттерны корреляций уровня цАМФ в структурах мозга старых крыс типов 1 и 4.' Для контрольных животных обоих типов были характерны корреляции только между симметричными структурами правого и левого полушарий. Стресс вызывал возникновение дополнительных внутри- и межполушарных корреляций, число и характерный рисунок которых зависели от типа поведения крыс в тесте ЭР. У взрослых животных корреляции между содержанием цШ в макроструктурах мозга были менее выражены.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что исследование уровня цАМФ является адекватным подходом к анализу функционально-биохимической активности макроструктур мозга и взаимоотношений между ними, при этом наиболее информативен корреляционный анализ. Анализ содержания цАМФ'в макроструктурах.мозга показал, что старые животные обоих типов более реактивны к стрес--сорному воздействию, чем взрослые, что выражалось в характерном для стресса генерализованном накоплении' цАМФ в мозге-(Горбач, 1990; Kant et al., 1982; Stone, John, 1992). Изменения содержания

ТИП I

ТИП 4

лп

ФК ■

г к ■ гт-

м

пп

ФК

лп

ФК-

-гк ■ гт

гк-гт-

м

м

ш

•ФК

-гк

-гт

м

к о н

т р

о л ь

гк {

гт

- м

Рис. 4. Кросс-корреляции между содержанием цАМФ в макроструктурах левого (ЛП) и правого (ПП) полушарий мозга старых крыс, различающихся по поведению в тесте ЭР. Стрелками указаны корреляции с г - 0,76-0,99; р<0,05. ФК - фронтальная кора, ГК - гиппо-камп, ГТ - гипоталамус, М - миндалина.

цАШ> (без учета латерализации) зависели от ИТОП у взрослых крыс (были выражены только у крыс типа 2) и практически не зависели от ИТОП у старых животных (изменения были общими для всех исследованных структур, ва исключением гиппокампа, у крыс обоих типов). Исследование содержания цАМЭ? в фронтальной коре, гипоталамусе и миндалине, взятых отдельно из правого и левого полушарий выявило строгую зависимость изменения уровня цАМФ от ИТОП, как у старых (проявлялось у животных типа 4), так и у взрослых крыс (также было выявлено только у крыс типа 2). Для цАМ5 макроструктур старых крыс была характерна большая сопряженность, чем для взрослых. При этом паттерн корреляций зависел от ИТОП животных. 6. СТО липидав и цАМФ в мозге крыс с различными стратегиями поведения в ситуации конкуренции за пущу и способ ее добывания.

Состояние липидной компоненты и процессов СРО в коре больших полушарий и содержание цАМФ в макроструктурах мозга были исследованы у крыс с разными стратегиями поведения в ситуации. конкуренции за пищу и способ ее добывания. В этих условиях у крыс обнаруживаются четыре стратегии поведения: "работники", "паразиты", "инверторы" и "лентяи" (Хромова, 1995).

На рис. 5 приведены гначения молярного отношения ХЛ:ФЛ - интегрального показателя функционального состояния мембран. Величина отношения ХЛ:ФЛ была существенно выше в группах "паразитов" и "инверторов" в сравнении с "работниками" в коре левого полушария. Это было обусловлено более высоким содержанием ФЛ в коре левого полушария у "работников", тогда как содержание ХЛ в практически не различалось у крыс данных поведенческих групп. Указанные особенности липидного состава не были характерны для коры правого полушария. При этом показано, что максимальный уровень радикало-образования по показателям ЛМ наблюдался в группе "паразитов", минимальная СПА была отмечена в группе "инверторов".

Уровень цАМФ был достоверно выше в гипоталамусе "работников" в сравнении с "инверсивными" крысами, тогда как в гиппокампе, фронтальной коре и миндалине. различий в содержании цАМФ между исследованными группами не обнаружено'. цАМФ был равномерно распределен в структурах левого и правого полушарий. Животные, принадлежавшие к группам "работников", "паразитов" и "инверторов" характеризовались специфическим паттерном корреляций содержания

ХЛ:ФЛ (моль/моль)

■ 1 Вг Вз Ш*

Рис. 5, значения' молярного отношения ХЛ:ФЛ в коре больших полушарий мозг крыс с разными стратегиями поведения в ситуации конкуренции 8а пищу и способ ее получения. Группы крыс: 1 - "паразиты" (8): 2 ^'работники" (7); 3 - "инверторы" (9); 4 - "лентяи" (3). В скобках указано число крыс в группе. ЛП - левое полушарие; ПП правое полушарие. * - достоверность различий между левым и правым полушарием; + - достоверность отличий от группы "работников".

цАШ между макроструктурами мозга (рис. 6).

Таким образом, как и в случае с крысами с ИТОП в тесте ЭР, у крыс с разными стратегиями поведения в ситуации конкуренции за пищу и способ ее получения выявлены особенности липидного состава, процессов СРО и взаимоотношений между структурами мозга на уровне системы цАМФ.

ПС

гт

Рис. е. Кросс-корреляции между уровнем цАМФ в макроструктурах мозга в группах "работников" (А), ''паразитов" (Б) и "инверторов" (В). ЛИ - левое полушарие, ПП - правое полушарие. Стрелками указаны корреляции с г - 0,70-0,99; р<0,05.

- 16 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Согласно определению, данному П.В.Симоновым (1996), поведение - такая форма жизнедеятельности человека и животных, которая изменяет вероятность и продолжительность контакта с внешним объектом, способным удовлетворить имеющуюся у организма потребность. Эксперименты на животных с повреждением тех или иных макроструктур головного мозга, равно как и выведение генетических линий с различным объемом структур головного мозга, позволяют высказать предположение о том, что в основе индивидуальных особенностей поведения лежат индивидуальные характеристики активности и взаимодействия специализированных отделов мозга, прежде всего фронтальной коры, гиппокампа, гипоталамуса и миндалины.

В настоящей работе для выявления некоторых нейрохимических механизмов, лежащих в основе ИТОП, были использованы следующие принципы: 1) применение теста ЭР как одного из наиболее адекватных для оценки ИТОП; 2) использование наиболее значимых функционально-биохимических показателей для оценки важнейших процессов в мозге; 3) выявление возможных реактивных нейрохимических изменений в ответ на умеренную стрессорную нагрузку (острый иммобилиза-ционный стресс) и экстремальное воздействие (ГИМ); 4) выявление возможных изменений межполушарной асимметрии как вероятной основы ИТОП; 5) учет возраста животных как фактора, непосредственно влияющего на проявление ИТОП.

Использование такого комплексного методологического подхода позволило получить результаты и на их базе сформулировать ряд принципиальных положений, определяющих нейрохимические корреляты ИТОП.

1. ИТОП животных, проявляющиеся в тесте ЭР, связаны с различиями в характере свободнорадикальных процессов, составе липидной компоненты мембран, активности N00, соотношении уровней цАМФ в макроструктурах мозга. При использовании другого теста (на животных, демонстрирующих различные стратегии поведения в ситуации конкуренции га пищу и способ ее добывания) были получены сходные .результаты. Это „позволяет предположить, что выводы, сделанные в настоящей работе главным образом на основании экспериментов с тестом ЭР, имеют более общее значение.

2. Характерные для животных с ИТОП различия могут проявляться в норме и/или иметь реактивный характер. Действительно, ИТОП

животных определяют характер изменения процессов СРО в мозге при стрессе.1 Ишобилизащонный стресс у старых крыс вызывал усиление ГАФК, наиболее выраженное в коре правого полушария, и модификацию липидного состава, которые определялись типологической принадлежностью животного в тесте ЭР. При этом животные, у которых отсутствовал выбор стратегии поведения, характеризовались более выраженной реактивностью в ответ на стресс в сравнении с крысами, предпочитавшими темный отсек. При ГИМ для крыс с активно-оборонительной стратегией поведения в тесте ЭР было характерно более выраженное снижение (ЗЛА в коре больших полушарий и гиппокампе.

Накопление цАМФ в структурах мозга, вызванное стрессом, также зависело от ИТОП.

3. Характерные для животных с ИТОП различия зависят от возраста. ИТОП у крыс, наблюдаемые в тесте ЭР, изменяются с возрастом: происходит увеличение доли животных, с отсутствием выбора стратегии поведения в условиях теста.

Во многих случаях нейрохимические корреляты ИТОП более выражены у старых животных в сравнении со взрослыми. Так, у взрослых животных вызванные иммобилизационным стрессом изменения СРО и мембранных липидов менее выражены, чем у старых.

Активность N00 и ГАФК зависят от возраста и ИТОП животных. Обратная корреляция активности N00 и ГАФК, выявленная у старых животных, отсутствует у молодых и взрослых.

Иммобшшзационный стресс вызывает накопление цАШ в гипоталамусе, фронтальной коре и миндалине мозга старых животных обоих типов, а у взрослых крыс накопление цАШ> наблюдается только в гипоталамусе и миндалине крыс с выраженной реакцией ЭР.

У старых животных обоих типов в контроле обнаружены высокодостоверные кросс-корреляции уровня цАШ в симметричных макроструктурах. ^мобилизационный стресс вызывал появление дополнительных внутри- и межлолушарных корреляций, структура которых зависела от ИТОП: для крыс, предпочитающих темный отсек, характерны преимущественно корреляции, включающие гиппокамп и гипоталамус, а для крыс, у которых отсутствует выбор . стратегии поведения, -фронтальную кору и миндалину. Кросс-корреляции у взрослых животных менее выражены и проявляются только у крыс, предпочитающих темный отсек, и в гораздо меньшем количестве.

4. Нейрохимические различия могут иметь глобальный характер,

затрагивать отдельные структуры мозга или отражаться в межполу-шарной асимметрии. Межполушарная асимметрия содержания ФЛ в коре с преобладанием ФЛ в правом полушарии проявляется у старых крыс, предпочитающих темный отсек в тесте ЭР. "Левая асимметрия" по содержания ФЛ и "правая асимметрия" по отношению ХЛ:ФЛ выявлена у взрослых животных с выраженной реакцией ЭР. Стресс вызывает возникновение межполушарной асимметрии содержания ХЛ у старых крыс обоих типов с доминированием левого полушария по этому показателю.

У животных, различающихся ИТОП в тесте "социального паразитизма", отношение ХЛ:Ш выше в коре левого полушария "паразитов" и "инверсивных" животных в сравнении с "работниками", что обусловлено различиями в содержании суммарных ФЛ/ но не ХЛ.

ГИМ, вызванная системной остановкой кровотока, . приводила к усилению ГАФК в мозжечке и коре больших полушарий у животных обоих типов. При этом у крыс с пассивно-оборонительной стратегией поведения отмечено усиление радикалообразования в коре левого полушария, а у крыс с активно-оборонительной стратегией поведения в коре правого.

Иммобилизационный стресс вызывает накопление цАМФ в гипоталамусе, фронтальной коре и миндалине мозга старых животных обоих типов, хотя при анализе уровня цАМФ в структурах левого и правого полушарий по-отдельности накопление обнаружено только у животных, с отсутствием выбора стратегии поведения в тесте ЭР.

Уровень цАМФ достоверно выше в гипоталамусе "работников" в сравнении с группой "инверсивных" крыс. Наиболее существенные различия обнаружены в числе и структуре корреляций содержания цАМФ в макроструктурах мозга животных разных групп: для "работников" характерны корреляции только между симметричными отделами фронтальной коры, гиппокампа и гипоталамуса, а у "паразитов" и "инверторов" имеется разветвленная сеть связей между структурами, расположенными как внутри одного, так и в разных полушариях.

ВЫВОДЫ

1. У крыс, различающихся по поведению в тесте "эмоционального резонанса", особенности состава липидной компоненты мембран коры больших полушарий головного мозга в норме проявляются в виде различной межполушарной асимметрии распределения липидов. Преобладание фосфолипидов в коре правого полушария проявляется у ста-

рьк крыс," предпочитающих темный отсек. Преобладание фосфолипидов в коре левого полушария выявлено у молодых животных с выраженной реакцией "эмоционального резонанса".

2. Иммобилизационный стресс у старых крыс вызывает усиление генерации активных форм кислорода ( наиболее выраженное в коре правого полушария), и модификацию липидного состава, которые определяются типологической принадлежностью животного: животные, у которых отсутствует выбор стратегии поведения, характеризуются более выраженной реактивностью в ответ на стресс в сравнении с крысами, предпочитающими темный отсек.

У взрослых животных вызванные иммобилизационным стрессом из' менения свободнорадикальных процессов менее выражены, чем у старых, и характеризуются разнонаправленными, в зависимости от типа поведения в тесте "эмоционального резонанса", изменениями супе-роксидперехватывающей активности.

3. У старых животных с выраженной реакцией "эмоционального резонанса" активность Ш-синтазы ниже в мозжечке, коре левого полушария и подкорковых структурах, а генерация активных форм кислорода выше в мозжечке, коре левого и правого полушарий и подкорковых структурах в сравнении с крысами, у которых реакция "эмоционального резонанса" отсутствует.

4. Глобальная ишемия мозга, вызванная системной остановкой кровотока, приводит к усилению генерации активных форм кислорода в мозжечке и коре больших полушарий: у крыс с пассивно-оборонительной стратегией поведения в тесте "эмоционального резонанса" отмечено усиление радикалообразования в коре левого полушария, а у крыс с активно-исследовательской стратегией поведения - в коре правого. Для крыс с активно-исследовательской стратегией поведения характерно более выраженной снижение супероксидперехватываю-щей активности в коре больших полушарий и гиппокампе.

5. ИМмобилизационный стресс вызывает накопление цАМФ, которое максимально проявляется в структурах левого (гипоталамус, фронтальная кора) и правого (миндалина, фронтальная кора) полушарий мозга старых животных, с отсутствием выбора стратегии поведения. У взрослых крыс,демонстрирующих реакцию "эмоционального резонанса", накопление цАШ наблюдается в гипоталамусе и миндалине крыс.

6. У старых животных обоих типов обнаружены высокодостовер-

ные кросс-корреляции уровня цАШ> в симметричных макроструктурах. Иммобилизационный стресс вызывает появление дополнительных внутри- и мелсполушарных корреляций, структура которых зависит от индивидуально-типологических особенностей поведения: для крыс, предпочитающих темный отсек, характерны преимущественно корреляции, включающие гиппокамп и гипоталамус, а для крыс, у которых отсутствует выбор стратегии поведения, - фронтальную кору и миндалину.

7. Для животных, демонстрирующих разные стратегии поведения в ситуации конкуренции за пищу и способ ее добывания, также характерны различия в содержании суммарных фосфолипидов и отношении холестерин:фосфолипиды в коре левого полушария, а также различия в паттерне корреляций содержания цАМ& в макроструктурах головного мозга.

- 21 -

Список опубликованных статей по теме диссертации

1. Определение активности NO-синтазы в мозгу: новый метод // Бюлл. зксперим. биол. мед. 1994. Т. 117. N 1. С. 39-41. (Соавт. А.И. Цапин, М.Л. Либе, Н.В. Гуляева) " ^

2. Нейрохимические особенности крыс, различающихся по поведению в тесте эмоционального резонанса. Свободнорадикальные процессы и липиды коры больших полушарий мозга старых крыс// Журн.-высш. нерв. деят. 1995. Т. 45. N 5. С. 990-998. (Соавт. Онуфриев М.В., Лазарева H.A., Гуляева Н.В.)

3. Нейрохимические особенности крыс, различающихся по поведению в тесте эмоционального резонанса. Циклический аденозинмоно-фосфат в структурах мозга крыс// Журн. высш.- нерв. деят. 1995. Т. 45. N 5. С. 999-1005. (Соавт. Егорова Л.К., .Гуляева Н.В.)

4. Активность NO-синтазы и радикалсюбразование в отделах мозга крыс: зависимость от возраста//Бюлл. зксперим. биол. и мед. 1995. Т. 120. N7. С. 54-56. (Соавт. Онуфриев М.В., Лазарева H.A., Григорян Г.Л., Гуляева Н.В.)

5. Активность NO-синтазы и генерация активных форм кислорода в мозге старых крыс: соотношение с индивидуальным поведением// Бюл. зксперим. биол. и мед. 1995. Т. 120. N 8. С. 145-147. (Соавт. М.В. Онуфриев, H.A. Лазарева, Н.В.Гуляева).

6. Состояние липидной компоненты мембран мозга крыс при стрессе: зависимость от возраста и индивидуально-типологических особенностей поведения// Нейрохимия. 1995. Т. 12. N 3. С. 40-45.

7. Нейрохимическое исследование поведенческого феномена "паразитизма" у крыс// Журн. высш. нерв. деят. 1996. Т. 46. N' 1. С/ 137-145. (Соавт. Егорова Л.К., Лазарева H.A., Хромова C.B., Гуляева Н.В.)

8. NO synthase and fjree radical generation In brain regions of old rats: correlations with individual behaviour // NeuroReport. 1994. V. 6. N 1. P. 94-96. (co-authors N.V. Sulyaeva, M.V. Onufriev)