Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Постурально-моторные реакции и содержание моноаминов мозга в неонатальном периоде развития у крыс с наследственной кататонией

ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Постурально-моторные реакции и содержание моноаминов мозга в неонатальном периоде развития у крыс с наследственной кататонией"

На правах рукописи

005009979

УКОЛОВА ТАТЬЯНА НИКОЛАЕВНА

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

03.03.01 ФИЗИОЛОГИЯ

1 С 0Е9 20(2

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Новосибирск 2012

005009979

Работа выполнена в лаборатории эволюционной генетики Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук, г. Новосибирск

кандидат биологических наук Алехина Татьяна Алексеевна ИЦиГ СО РАН, г. Новосибирск

доктор биологических наук Амстиславская Тамара Геннадьевна ИЦиГ СО РАН, г. Новосибирск

доктор биологических наук Дубровина Нина Ивановна ФГБУ "НИИ физиологии" СО РАМН, г. Новосибирск

МГУ им. Ломоносова, биологический факультет

Защита диссертации состоится " ^ 2012 года вЙ^Ё^асов на

заседании диссертационного совета Д.001.014.01 при ФГБУ "НИИ физиологии" СО РАМН, ул. Академика Тимакова, 4, Новосибирск, 630117.

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

Автореферат разослан 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

Бузуева Ирина Ивановна

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

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

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

В связи с этим селекционная модель кататонии представляет большую ценность для изучения поведения в раннем онтогенезе. К тому же, использование данной модели позволяет определить степень участия нейротрансмиттерных систем в развитии кататонических отклонений на раннем этапе постнатального онтогенеза. Наиболее важными для исследования представляются серотонинергическая и норадренергическая системы, поскольку они обе регулируют развитие центральной

нервной системы (Murrin et al., 2007), обе они вовлекаются в формировании двигательных реакций у неонатальных крыс (Kjaerulff et al., 1994; Kiehn et al., 1999; Ballion, 2001; Pflieger et al., 2002; Norreel et al., 2003; Gerin et al., 2008; Klein et al., 2010; Tartas et al., 2010) и обе участвуют в кататонических реакциях (Tsukamoto et al., 1981; Blizard et al., 1983; Torn et al., 1983; Popova, Kulikov, 1995; Popova, 1999).

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

В задачи исследования входило:

1. Изучить проявление кататонических реакций у взрослых крыс линии ГК в период с 63-го по75-е поколения селекции.

2. Определить содержание моноаминов в различных структурах мозга у животных кататонической линии.

3. Исследовать постурально-моторные реакции у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза.

4. Определить уровень моноаминов мозга у крысят линии ГК на 1-й, 7-й, 10-й и 14-й дни.

5. Оценить параметры массы тела у крыс линии ГК, начиная со дня рождения и до 6-месячного возраста по сравнению с контрольной линией Вистар.

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

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

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

Положения, выносимые на защиту

1. На современном этапе селекции в 63-75 поколениях крыс линии ГК увеличилась доля высоковозбудимых животных с преобладанием гиперкинетических реакций. Впервые за весь период селекции процент высоковозбудимых крыс в кататонической линии стал выше, чем процент «застывающих».

2. Смещение полюса кататонических реакций в линии ГК сопровождалось изменениями на нейрохимическом уровне, которые заключаются в нивелировании различий по содержанию норадреналина (НА), серотонина (5-НТ) и 5-гидроксиндолускусной кислоты (5-ГИУК) в лобной коре, полосатом теле, гипоталамусе, миндалине и гиппокампе по сравнению с крысами линии Вистар.

3. У крыс кататонической линии в первые два дня неонатального периода повышена двигательная активность с превалированием дискинетических движений и асимметричных поз, а с 3-го по 14-й дни отмечена сниженная двигательная активность по всем кинематическим параметрам по сравнению с крысами линии Вистар.

4. Особенностями нейромедиаторной регуляции у крыс линии ГК в неонатальном периоде является сниженная функциональная активность серотонинергической системы по показателям содержания 5-НТ и 5-ГИУК в мозге, а также повышенное содержание НА в мозге по сравнению с крысами линии Вистар.

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

Публикации

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

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

Благодарности

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

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ Экспериментальные животные. Исследования выполнены на крысах линии ГК 63-75 поколений селекции и контрольных животных линии Вистар, соответствующих по полу и возрасту. Обе линии аутбредно поддерживаются в виварии Института

Цитологии и генетики СО РАН (Новосибирск). Животные содержались в условиях температурного комфорта, при естественном режиме освещения, свободном доступе к пшце и воде, по 4-5 особей одного пола в клетках 60x40x20 см.

Оценка поведенческих реакций. Тест по моторным подсистемам. Изучение двигательной активности проводили на крысятах линии ГК 75-го поколения селекции в возрасте с 1-го по 14-й дни постнатального онтогенеза. Всего в опыт было взято 97 крысят линии ГК (11 пометов) и 65 крысят линии Вистар (8 пометов). Самки с потомством содержались в отдельных клетках. Крысенка помещали в центр площадки (20x30см) хвостом к экспериментатору и в течение 1 минуты регистрировали двигательную активность. Температуру в районе площадки поддерживали на уровне 30-33°С, что соответствует температуре гнезда с детенышами. Каждый крысенок тестировался не чаще 1 раза за три дня. Процедуру тестирования записывали на видеокамеру и в дальнейшем анализировали. Регистрировали следующие параметры: движения головы, движения корпуса, локомоции (шагание) и время неподвижности. У 1-2 дневных крысят также регистрировали дискинетические движения, асимметричные позы во время застывания, перевороты на спину, ретропульсии, тремор корпуса и «плавательные» движения.

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

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

Определение моноаминов в отделах мозга проводили спектрофлюориметрическим методом для одновременного определения НА, 5-НТ и 5-ГИУК (Schlumpf et al., 1974, Curzon and Green, 1969) в модификации (Кудрявцева, Бакштановская, 1989). Крыс быстро декапитировали, извлекали мозг и разделяли его на структуры. Выделенные структуры замораживали в жидком азоте и хранили при -80°С до дня определения.

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

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

Статистическая обработка результатов. Статистическая обработка результатов проведена с использованием пакета компьютерных программ 8ТАТ18Т1СА 6.0. В случае нормального распределения оценку достоверности различий между группами проводили с помощью 1-критерия Стьюдента. Для оценки различий между процентными долями двух выборок использовали <р-критерий. Оценку двигательного поведения крысят с 3-го по 14-й дни и содержание нейротрансмитгеров в неонатальном периоде проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа, и пост-хок сравнений согласно тесту Ньюмана-Кейла. Оценку достоверности мёжгрупповых различий в поведении взрослых животных проводили с помощью и-теста Манна-Уитни.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Характеристика кататонических реакций у крыс линии ГК на современном этапе селекции. Сравнительная оценка ранее полученных данных по селекции крыс на каталептическое застывание (до 63-го поколения) и данных настоящей работы (6375 поколения) показала прогрессирующее изменение поведенческих признаков крыс линии ГК, для которых на современном этапе селекции характерно преобладание гиперкинетических реакций (рис. 1, А). Возрастание количества высоковозбудимых или «нервных» животных в линии ГК отмечалось уже с 40-го поколения селекции (Амстиславский и др., 2000; Барыкина и др., 2002) и на современном этапе селекции их доля увеличилась еще больше (до 60-70% крыс на каждое поколение).

Тот факт, что селекция крыс на длительное и интенсивное застывание привела к высокой частоте «нервных» животных в линии ГК, указывает на тесную функциональную связь между каталептическим застыванием и «нервностью». Возможно, отбор на акинетический компонент кататонических реакций оказался малоэффективным, в связи с тем, что его экспрессия является довольно лабильной и сильнее зависит от факторов внешней среды. Так, рассматривая селекционную кривую можно увидеть некоторую синхронность в динамике появления каталептических крыс в линии ГК и Вистар, тестирование которых проводилось в одно и то же время (Рис. 1, Б). Обнаруженная положительная корреляционная связь (г=0.53, р<0,05) между частотой возникновения каталептических реакций у крыс линии ГК и Вистар, по-видимому, отражает влияние внешних факторов на проявление реакции застывания. Гиперкинетический компонент поведения или «нервность», вероятно, менее подвержен таким влияниям, чем собственно каталепсия. Ранее было показано влияние материнской среды на длительность каталепсии и отсутствие такового на амплитуду рефлекса вздрагивания, который можно рассматривать как компонент «нервности» (Амстиславский и др., 2000).

количество —■ - ГК "застывающие" % застывающих —■-линия ГК

животных (%) —о— ГК "нервные" животных в линии -о- линия Вистар

„поколения

О 10 20 30 40 50 60 70 &0 СвЛвКЦИИ

А

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

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

время, с

баллы

застывание на палочку

застывание после звонка

"нервность" в побежки

тесте на в тесте

каталепсию на звонок

Б

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

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

свидетельствуют о незрелости центральной нервной системы (С1агас с1 а!., 2004). Крысята линии Вистар, при высадке их на открытое место, чаще всего принимали «правильное» положение, с параллельно поджатыми ланками (фото, а), в то время как у крысят линии ГК лапки были вытянуты в разные стороны, и, чтобы сгруппироваться, им приходилось совершать ретропульсии, или задопячение (фото, б). Кроме того, у крысят линии ГК выявлено достоверно большее количество асимметричных поз во время неподвижности (р<0,05) по сравнению с крысятами линии Вистар (табл. I, фото а, б), преобладание которых связано с нарушением равновесия и координации в первые два дня жизни. У крысят кататонической линии достоверно чаще наблюдался тремор корпуса (р<0,05), что указывает на незрелость нервных центров головного мозга, отвечающих за движения, и повышенную возбудимость нервной системы (Ргапга1еШ, 1990). Было также обнаружено больше, так называемых, «плавательных» движений, когда крысята «загребают» лапками и скользят по поверхности площадки всем телом (табл. 1).

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

1 - в скобках указано количество протестированных животных *** - достоверность (р<0,001) отличий от крысят линии Вистар по (р-критерию

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

время, С — -------

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

*** - достоверное (р<0,001) отличие от крыс линии Вистар но 1-критерию Стьюдента

Вистар (45)1 ГК (61)

Асимметричные позы 14% 29%*

Перевороты 2% 11%

Ретропульсии 1% 11%

Тремор корпуса 3% 14%*

«Плавательные» движения 1% 6%

Всего: 21% 71%***

б

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

Возможно, что в повышенной двигательной активности у 1-2х дневных крысят линии ГК при переносе их из гнезда в незнакомую обстановку проявился эмоциональный компонент реагирования. Видимо, крысята линии ГК более эмоционально реагируют на прекращение тактильных контактов с матерью, с однопометниками и с материнским гнездом и в создавшейся аверсивной ситуации более активно ищут выхода из такого положения. В литературе описано стимулирование запахом матери двигательных реакций у крысят в ранний период онтогенеза (Расіу еі аі., 1998). В то же время дискинетические движения крыс в самом

раннем неонатальном периоде указывают на задержку становления позно-тонических рефлексов, которые формируются у них позднее.

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

Двухфакторный дисперсионный анализ двигательной активности крысят с 3-го по 14-й день жизни (факторы - генотип и возраст) выявил влияние генотипа и возраста на все параметры кинематических переменных: движения головы (Fi534=7,4; р<0,001 и Fu 534=35,6; р<0,001), движения корпуса (Fi>534=92,9; р<0,001 и РП 5з4=37,9; р<0,001), локомоции (Fi,534=10,2; р<0,01 и F1]5,4=18,0; р<0,001) и время

неподвижности в тесте (F] зз4=61,2; р<0,001 и Fu 334=30,1; р<0,001). Основной эффект линии проявлялся в сниженной двигательной активности и повышенном времени неподвижности в тесте у крысят кататонической линии по сравнению с линией Вистар (рис. 4). Основной эффект возраста связан с увеличением двигательной активности и уменьшением времени неподвижности в тесте у крысят обеих линий с возрастом. Кроме того, было показано влияние взаимодействия факторов генотипа и возраста на движения корпуса (Fn 534=3,9; р<0,001) и локомоции (Fn,534=2,9; р<0,001), свидетельствующее о том, что возрастные изменения по данным параметрам у каждой линии имеют свои специфические особенности. Эти специфические особенности проявлялись в несовпадении пиков двигательной активности по параметрам движения корпуса и локомоции. У крысят линии ГК пики двигательной активности приходились на 8-й день (Fi 4S8=13,3; р<0,001 и Fi 48s=6,8; р<0,01), что на день раньше, чем у крысят контрольной линии Вистар, у которых пик выявлен на 9-й день (F] 488=4,4; р<0,05 и Fms8=4,9; р<0,05).

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

Обобщая вышесказанное, можно заключить, что уже в первые два дня неонатального периода онтогенеза было показано большее количество

дискинетических реакций у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар, в то время как в последующий период с 3-го по 14-й день продемонстрировано снижение всех моторных реакций у животных кататонической линии. Полученные результаты свидетельствуют о проявлении возбудительного реагирования в первые дни жизни у крысят линии ГК, с последующим развитием тормозных реакций. Сниженная спонтанная двигательная активность наблюдается и у

взрослых крыс кататонической линии в тесте открытого поля (Петрова, 1990; Алехина и др., 1995; Амстиславский и др., 2000), в то время как повышенная возбудимость взрослых крыс линии ГК проявляется в гиперкинетических реакциях на слабо аверсивные стимулы (Барыкина и др., 2004; Алехина и др., 2009).

КОЛ-ВО

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

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

Сходство постурально-моторных реакций неонатальных крысят с взрослыми животными кататонической линии проявлялось в таких признаках, как I

неустойчивость и неудобство положений в состоянии обездвиженности. Кроме того, наблюдаемое в раннем постнатальном периоде нарушение пластичности движений у крысят линии ГК сохраняется и у взрослых животных (Алехина и др., 1994).

Межлинейные различия наблюдались и по показателям веса. У новорожденных самцов линии ГК масса тела была более низкой по сравнению с контрольными животными линии Вистар (р<0,01; 0,001), и с возрастом это отставание 1

прогрессировало (рис. 5). Полученные нами данные согласуются с данными о Г

сниженной массе тела у самок линии ГК (Клочков и др., 2011).

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

продемонстрировано снижение всех моторных реакций у животных кататонической линии. Полученные результаты свидетельствуют о проявлении возбудительного реагирования в первые дни жизни у крысят линии ГК, с последующим развитием тормозных реакций. Сниженная спонтанная двигательная активность наблюдается и у I взрослых крыс кататонической линии в тесте открытого поля (Петрова, 1990;

Алехина и др., 1995; Амстиславский и др., 2000), в то время как повышенная возбудимость взрослых крыс линии ГК проявляется в гиперкинетических реакциях на слабо аверсивные стимулы (Барыкина и др., 2004; Алехина и др., 2009).

Сходство постурально-моторных реакций неонатальных крысят с взрослыми животными кататонической линии проявлялось в таких признаках, как I неустойчивость и неудобство положений в состоянии обездвиженности. Кроме того,

I наблюдаемое в раннем постнатальном периоде нарушение пластичности движений у

крысят линии ГК сохраняется и у взрослых животных (Алехина и др., 1994).

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

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

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

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

Содержание нейромедиаторов мозга у крыс линии ГК в неонатальном периоде развития (75-е поколение) и в половозрелом возрасте на современном этапе селекции (63-65 поколения). У неонатальных крысят выявлено влияние генотипа и возраста на содержание 5-НТ в полушариях СР(1;бб)=-5,0; р<0,05 и Б(з;бб)=87,2; р<0,001) и стволе мозга (Р(1;63)=3,4; р=0,07 и Р(3;63)=55,3; р<0,001). Основной эффект генотипа заключался в сниженном содержании 5-Н1 в мозге у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар. Изменение содержания 5-

ВОЗРАСТ

НТ в мозге с возрастом у крысят обеих линий происходило однонаправлено (рис. 6, А, Б). На содержание' 5-ГИУК в полушариях и стволе мозга показано достоверное влияние фактора возраста (Р(з;бз)=58,1; р<0,001 и Р(3;66)=8,7; р<0,001), основной эффект которого заключался в том, что к 7-му дню наблюдалось возрастание уровня 5-ГИУК и последующее его снижение у крысят обеих линий (рис. 6, В, Г). Кроме того, в стволе мозга на содержание 5-ГИУК достоверно оказывал влияние генотип (]Р(1;ббг6,1; р<0,05), основной эффект которого связан со сниженным содержанием 5-ГИУК у крысят линии ГК по сравнению с крысятами линии Вистар (рис. 6, Г).

мкг/г

в в 10 12 14 16

возраст, дни)

возраст, днк

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

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

Новорожденные крысята линии ГК имели сниженные показатели по уровню 5-НТ (р<0,01) в полушариях мозга и по уровню 5-ГИУК (р<0,05) и коэффициенту катаболизма серотонина (Р(1.63)=5,2; р<0,05) в стволе мозга по сравнению с контрольными крысятами линии Вистар (рис. 6, А, П- Полученные данные указывают на относительную незрелость и сниженный обмен в серотонинергической системе головного мозга у крысят линии ГК сразу после рождения по сравнению с

наблюдаемым уровнем у крысят линии Вистар. Известно, что серотонин играет важную роль в развитии скоординированных движений конечностей и становлении поз у крысят (Vinay et al., 2005; Norreel et al., 2003). В исследованиях Пфлигера и др. (Pflieger et al., 2002) показано, что внутрибрюшинное введение ингибитора синтеза серотонина парахлорфенилаланина, и последующее снижение этого медиатора, приводит к увеличению количества асимметричных поз у крысят. В свете этих данных интересно, что выявленное нами повышенное количество асимметричных поз у новорожденных крысят линии ГК сопровождалось сниженным содержанием серотонина в полушариях мозга и сниженным обменом серотонина в стволе мозга. Исходя из литературных данных и данных, полученных в этой работе можно заключить, что большее количество дискинетических движений и асимметричных поз у новорожденных крысят линии ГК связано с задержкой развития серотонинергической системы мозга и с ее низкой активностью по сравнению с животными линии Вистар.

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

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

Межлинейные различия в неонатальном периоде онтогенеза наблюдались и по уровню норадреналина. Так, у крысят линии ГК было показано повышенное содержание этого медиатора в полушариях мозга на 10-й (р<0,001) и 14-й дни (р<0,01): влияние фактора генотипа F(i;6j)=25,5; р<0,001, и в стволе мозга на 10-й день (р<0,01): влияние фактора генотипа F(i;65>=3,4; р=0,07, по сравнению с крысятами линии Вистар (рис. 7).

Кроме того, выявлено достоверное влияние факторов возраста и взаимодействия факторов генотипа и возраста на содержание НА полушариях (F(3;6j)=9,8; р<0,001 и F(3;65)=3,4; р<0,05) и стволе мозга (F(3;65)=12,4; р<0,001 и F(3;65)=4,3; р<0,01). Основной эффект возраста заключался в возрастании уровня НА в мозге на 10-й день у крысят обеих линий. Эффект взаимодействия факторов обусловлен более выраженным возрастанием уровня НА у крысят линии ГК, чем у крысят линии Вистар.

Согласно исследованиям, выполненным на изолированном спинном мозге неонатальных крысят, норадреналин играет важную роль модулятора двигательной активности млекопитающих (Kiehn et al., 1999; Sqalli-Houssaini, Cazalets, 2000; Gordon, Whelan, 2006), который способен усиливать тоническую активность и замедлять существующий локомоторный ритм (Kiehn et al., 1999). Помимо этого,

многие исследования указывают на важную роль этого медиатора в регулировании развития ЦНС (Sanders et al., 2005; Murrin et al., 2007; Sanders et al., 2008).

А Б

Рис. 7. Содержание норадренапина в полушариях (А) и стволе мозга (Б) у крыс лиги ГК и Вистар в разные точки онтогенеза

**, *** - достоверные (р<0,01; р<0,001) различия между линиями по ^критерию Стыодента

Исхода из свойств норадреналина, можно предположить модулирование ритма двигательной активности в раннем онтогенезе и его влияние на возникновение более ранних пиков и снижение амплитуды активности кинематических переменных у крысят линии ГК. У взрослых животных линии ГК нами была показана лишь тенденция к повышению уровня норадреналина в лобной коре (Алехина и др., 2008; Алехина и др., 2009).

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

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

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

НА 5-НТ 5-ГИУК

Лобная кора- ' - ’ ' . ' *• , :. 1 . :

Вистар 0,20±0,05 (8) 0,33±0,09(10) 0,37±0,04 (10)

ГК 0,47±0,15 (6) 041±0,09 (10) 0,48±0,07 (10)

.Гипоталамус ■

Вистар 1,17±0,17(8) 0,62±0,39 (4) 0,89±0,07 (8)

ГК 1,11±0,13(10) 0,96±0,28 (5) 1,23±0,19 (10)

Гиппокамп , - . .

Вистар 0,50±0,08 (10) 0,59±0,25 (10) 0,24±0,04 (10)

ГК 0,34±0,03 (10) 0,69±0,25 (8) 0,23±0,03 (9)

Полосатое тело .

Вистар 0,33±0,02 (8) 0,39±0,16 (7) 0,24±0,03 (8)

ГК 0,55±0,12 (10) 0,64±0,09 (10) 0,18±0,02 (10)

Миндалина

Вистар 1,45±0,50(10) 0,84±0,51 (9) 0,24±0,07 (10)

ГК 0,98±0,24 (6) 1,11 ±0,67 (8) 0,34±0,06 (10) .

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

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

выводы

1. На текущем этапе селекции в 63-75 поколениях отбора доля высоковозбудимых крыс в линии ГК увеличилось. С 63-го поколения селекции животные с гиперкинетическими реакциями в кататонической линии стали превалировать над животными с акинетическими реакциями.

2. Взрослые крысы линии ГК не отличаются от контрольных животных популяции Вистар по уровню НА, 5-НТ и 5-ГИУК в исследуемых структурах мозга (лобная кора, гипоталамус, гиппокамп, полосатое тело, миндалина).

3. В первые два дня неонатального периода крысята линии ГК характеризуются преобладанием дискинетических движений и асимметричных поз. С 3-го по 14 день двигательная активность по всем наблюдаемым кинематическим переменным у них снижена по сравнению с контрольными животными Вистар.

4. У крысят линии ГК повышено содержание норадреналина на 10-й и 14-й дни в полушариях и на 14-й день в стволе мозга по сравнению с крысятами линии Вистар.

5. В неонатальном периоде крысята линии ГК имеют сниженную активность серотонинергической системы мозга, которая проявляется в сниженном содержании серотонина на 1-й и 14-й дни в полушариях и на 14-й день в стволе мозга, сниженном содержании 5-ГИУК на 1-й и 7-й дни в стволе мозга и сниженном коэффициенте катаболизма серотонина на 1-й день в стволе мозга по сравнению с контрольными животными линии Вистар.

6. Начиная с первого дня жизни, крысы кататонической линии имеют сниженную массу тела по сравнению с крысами линии Вистар, и с возрастом это отставание прогрессирует.

7. По совокупности полученных в этой работе данных предикторами кататонического поведения могут служить большая доля дискинетических движений и асимметричных поз в первые два дня жизни и пониженная двигательная активность в последующие дни неонатального периода, сопровождающиеся измененным функционированием нейромедиаторных систем в раннем постнатальном онтогенезе.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Алехина Т.А., Прокудина О.И., Рязанова М.А., Уколова Т.Н., Барыкина Н.Н., Колпаков В.Г. Проявление типологических свойств поведения у линий крыс, селекционированных на усиление и отсутствие маятникообразных движений. Связь с моноаминами мозга // Журн. высш. нерв. деят. им И.П. Павлова. 2007. Т. 57. №3. С. 336-343.

2. Клочков Д.В., Алехина Т.А., Уколова Т.Н., Рязанова М.А. Влияние постоянного освещения на проявление кататонических реакций у самок крыс линии ГК // Бюлл. эксп. биол. мед. 2008. Т. 7. С. 26-29.

3. Алехина Т.А., Рязанова М.А., Уколова Т.Н., Сахаров Д.Г., Чугуй В.Ф., Прокудина

О.И. Нейрогормональный сдвиги при формировании латентного торможения у крыс с предрасположением к каталепсии // Нейрохимия. 2008. Т. 25. № 3. С. 1-6.

4. Барыкина Н.Н., Чугуй В.Ф., Алехина Т.А., Рязанова М.А., Уколова Т.Н., Сахаров Д.Г., Колпаков В.Г. Обучение крыс, предрасположенных к кататоническим

состояниям, в водном тесте Морриса // Журн. высш. нерв. деят. им И.П. Павлова. 2009. Т. 59. № 6. С. 728-735

5. Алехина Т.А., Уколова Т.Н., Кузнецова Н.В., Пальчикова Н.А., Рязанова М.А., Клочков Д.В. Влияние имипрамина на реакции нервной возбудимости крыс линии ГК // Бюлл. эксп. биол. мед. 2009. Т. 147. № 6. С. 663-666.

6. Markel A.L., Achkasov A.F., Alekhina Т.А., Prokudina O.I., Ryazanova M.A., Ukolova T.N., Efimov V.M., Boldyreva E.V., Boldyrev V.V. Effects of the alpha- and gamma-polymorphs of glycine on the behavior of catalepsy prone rats // Pharmacol Biochem Behav. 2011. V. 98. N. 2. P. 234-240.

7. Уколова Т.Н., Алехина T.A., Мешков И.О. Постурально-моторные реакции и распределение моноаминов мозга у крыс кататонической линии в раннем онтогенезе // Нейрохимия. 2012. Т. 29. № 1. С. 1-6.

Участие в конференциях, тезисы

1. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Рязанова М.А., Прокудина О.И. Катехоламины мозга и активность моторных подсистем крыс с кататонической формой реагирования // Тез. докладов конференции «Нейрохимические механизмы формирования адаптивных и патологических состояний мозга». Санкт-Петербург, 2008. С. 149-150.

2. Уколова Т.Н., Рязанова М.А., Клочков Д.В., Алехина Т.А. Влияние постоянного освещения на проявление кататонических реакций у самок крыс линии ГК // Тез. докладов VI Сибирского физиологического съезда. Барнаул, 2008. Том I, С. 160-161.

3. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Рязанова М.А., Клочков Д.В. Компенсаторноприспособительные процессы при воздействии постоянного освещения и антидепрессанта имипрамина на самцов и самок линии ГК // Тез. докладов Четвертой Всероссийской конференции «Фундаментальные аспекты компенсаторноприспособительных процессов». Новосибирск, 2009. С. 260-261.

4. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Мешков О.И. Реакции возбудимости в онтогенезе у крыс линии ГК // Тез. докладов XXI Съезда Физиологического общества им. И.П.Павлова. М. - Калуга, 2010. С. 630.

5. Уколова Т.Н., Алехина Т.А., Пальчикова Н.А., Кузнецова Н.В. Нормализация уровня кортикостерона в крови крыс кататонической линии ГК под действием введения имипрамина // Тез. докладов Пятой Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Фундаментальные аспекты компенсаторно-приспособительных процессов». Новосибирск, 2011. С. 222-223.

Подписано к печати 17.01.2012 г.

Формат бумаги 60 х 90 1/16 Печ. л. 1. Уч. изд. л. 0,7 Тираж 110 Заказ № 4

Ротапринт Института цитологии и генетики СО РАН 630090, Новосибирск, пр. акад. Лаврентьева, 10

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Уколова, Татьяна Николаевна, Новосибирск

61 12-3/554

УЧРЕЖДЕНИЕ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РАН

На правах рукописи

I Уколова Татьяна Николаевна

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

03.03.01 - физиология

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: к.б.н. Т.А. Алехина

Новосибирск 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..................................................................................................................................................4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................................11

1.1. Кататонические реакции как форма психопатологии человека и их значение для животных .................................................................................................................................................................11

1.1.1. Кататония в психиатрической классификагщи.................................................................12

1.1.2. Кататонические реакции у животных..............................................................................15

1.1.3. Механизмы развития кататонш..........................................................................................21

1.1.4. Моделирование кататонии на животных. Линия крыс ГК................................................24

1.2. Постурально-моторные реакции в раннем постнатальном онтогенезе.....................................31

1.2.1. Развитие постуралъно-моторных реакций у крыс в раннем постнатальном онтогенезе .............................................................................................................................................................34

1.2.2. Центральные генераторы ритмической активности........................................................38

1.2.3. Роль модуляторных проекций в развитии нейронной сети центрального генератора ритмической активности................................................................................................................43

1.2.4. Роль нейротрансмиттеров в модулировании двигательных паттернов.........................45

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ...............................................................................................51

2.1. Экспериментальные животные.....................................................................................................51

2.2. Поведенческие тесты.....................................................................................................................51

2.2.1. Тест по моторным подсистемам........................................................................................51

2.2.2. Оценка двигательных реакций взрослых животных...........................................................52

2.3. Метод определения содержания моноаминов в мозге................................................................54

2.4. Определение содержания моноаминов мозга в неонатальном периоде онтогенеза................60

2.5. Определение содержания моноаминов мозга у взрослых животных........................................61

2.6. Оценка показателей массы тела в онтогенезе.............................................................................61

2.7. Статистическая обработка результатов........................................................................................62

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.......................................................................................63

3.1. Характеристика кататонических реакций у крыс линии ГК на современном этапе селекции

.................................................................................................................................................................63

3.2. Постурально-моторные реакции крыс линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза (75-е поколения селекции).............................................................................................................................71

3.3. Содержание нейромедиаторов мозга у крыс линии ГК в неонатальном периоде развития и в половозрелом возрасте.........................................................................................................................77

3.4. Исследование изменения показателей массы тела у крыс линии ГК в онтогенезе.................84

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ..........................................................................................86

ВЫВОДЫ.................................................................................................................................................100

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................................................................................................102

ВВЕДЕНИЕ

Кататония (от греч. katatonos - натянутый) — психопатологический синдром, основным клиническим проявлением которого являются двигательные расстройства. Данный синдром состоит из кластеров симптомов и сам по себе не является диагнозом (Brake, Abidi, 2010). В настоящее время кататония не признается как отдельное заболевание, ее связывают с психическими расстройствами, такими как шизофрения (кататонический тип), биполярные расстройства, посттравматические стрессовые нарушения, депрессии и другие заболевания, а также со злоупотреблением или передозировкой лекарств. В то же время данный синдром может наблюдаться во многих соматических расстройствах, включая инфекции (например, энцефалиты), аутоиммунные заболевания, очаговые неврологические поражения, нарушения обмена веществ и при резком или слишком быстром введении бензодиазепинов. Это может быть и неблагоприятной реакцией на предписанные лекарственные вещества. Несмотря на частые случаи возникновения, кататония по-прежнему остается недостаточно понятым, плохо изученным и плохо распознаваемым синдромом. Исходя из вышесказанного, моделирование кататонических реакций на лабораторных животных и последующее изучение механизмов возникновения данных реакций является актуальным направлением. Селекционные модели психопатологий позволяют исследовать роль наследственности, возможные механизмы возникновения психических заболеваний, а также изучить способы их коррекции.

Согласно эволюционно-генетическому подходу, природа функциональной психической патологии является проявлением низкого порога адаптивных и защитных реакций, которые неадекватны ситуации и вместо того, чтобы быть адаптивными, становятся патологическими (Kolpakov et al., 1983). В соответствии с этой гипотезой, кататонические

реакции могут быть лучше поняты через исследование механизмов примитивных адаптации: нервной системы или защитных реакций. Данные реакции широко распространены у животных и представляют собой одну из филогенетически древних форм реакций на пугающие стимулы (Gallup, Maser, 1977; Hennig, 1978; Holcombe et al., 1979; Perkins, 1982; Krystal, 1993; Overeem et al., 2002; Moskowitz, 2004). Следовательно, причинность кататонических явлений заложена в их защитно-приспособительной функции.

В Институте цитологии и генетики СО РАН В.Г. Колпаковым с сотрудниками была создана модель кататонии - линия ГК («генетические кататоники»). Автор линии, д.б.н. В.Г. Колпаков, при создании модели ГК, руководствовался концепцией о том, что в основе психопатологий лежат изменения основных механизмов поведенческой адаптации, гомологичные у человека и животных (Kolpakov et al., 1996). Животные аутбредной линии ГК на сегодняшний день характеризуются поведением двухполюсной природы. К негативному полюсу относятся реакции застывания с элементами каталепсии, а к позитивному полюсу - гиперкинетические реакции (Колпаков и др., 2004). Генетически обусловленные особенности поведения крыс кататонической линии наблюдаются у взрослых животных. Однако проявление поведенческих реакций, предшествующих кататоническому поведению взрослых крыс в раннем постнатальном онтогенезе еще не было описано. Вместе с тем, изучение потомства с первых дней жизни от генетически предрасположенных к кататонии животных имеет фундаментальное значение, как для науки, так и для практической медицины.

К настоящему времени уже накоплены результаты о ранних признаках повышенной «готовности» нервной системы к психическим расстройствам эндогенного круга у детей младенческого и более позднего возраста (McNeil et al., 1993; Rosso et al., 2000; Schiffman et al., 2009). К таким признакам, прежде всего, можно отнести повышенную чувствительность и

гиперактивность, дезорганизацию постурально-моторного развития, нарушение двигательной координации и равновесия, отставание в весе. Все эти отклонения говорят о дезорганизации нервной системы и могут рассматриваться как маркеры генетически обусловленных дефектов, в том числе и при кататонических расстройствах. В связи с этим селекционная модель кататонии представляет большую ценность для изучения поведения в раннем онтогенезе. К тому же, использование данной селекционной модели позволяет определить степень участия нейротрансмиттерных систем в развитии кататонических отклонений у крыс линии ГК в раннем постнатальном онтогенезе. Наиболее важными нейротрансмиттерными системами являются серотонинергическая и норадреналинергическая, поскольку они обе регулируют развитие центральной нервной системы (Мштт й а1., 2007), обе они вовлекаются в формировании двигательных реакций (К^аега^ е! а1., 1994; КлеИп ег а1., 1999; ВаШоп, 2001; РШе§ег ег а1., 2002; Коггее1 ег а1., 2003; вегт е1 а1., 2008; К1ет ег а1., 2010; ТаПж е1 а1., 2010) и обе участвуют в кататонических реакциях (ТэикатоШ е1 а1., 1981; ВНгагё е1 а!., 1983; Тоги ег а1., 1983; Ророуа, КиИкоу, 1995; Ророуа, 1999). Понимание развития центральных нейротрансмиттерных систем имеет большое значение по нескольким причинам. Эта информация может помочь не только установлению последовательности, в которой нейромедиаторные системы развиваются, но также определить то, как эти нейротрасмиттеры регулируют процессы развития и то, как на эти процессы можно повлиять.

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

В задачи исследования входило: 1. Изучить проявление кататонических реакций у взрослых крыс линии

ГК в период с 63-75 поколение селекции.

2. Определить содержание моноаминов в различных структурах мозга у животных кататонической линии.

3. Исследовать постурально-моторные реакции у крысят линии ГК в неонатальном периоде онтогенеза.

4. Определить уровень моноаминов мозга у крысят линии ГК на 1-й, 7-й, 10-й и 14-й дни.

5. Оценить параметры массы тела у крыс линии ГК, начиная со дня рождения и до 6-месячного возраста.

Научная новизна работы

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

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

Теоретическая и научно-практическая ценность работы

Настоящая работа расширяет представление о механизмах кататонических реакций. Результаты, полученные при исследовании

становления постурально-моторных реакций у крыс линии ГК, позволяют выделить предикторы кататонических реакций уже в раннем постнатальном онтогенезе. Это является важным в теоретическом отношении для понимания развития кататонии. Выявленные предикторы кататонических реакций также могут рассматриваться как сигналы для профилактики развития кататонии. Данные об относительной роли нейротрансмиттеров в генезе кататонических реакций в неонатальном периоде могут иметь значение в исследованиях патологий раннего развития. Также полученные результаты могут быть использованы в разработке оптимальных способов коррекции кататонических реакций в раннем постнатальном онтогенезе.

Положения, выносимые на защиту

1. На современном этапе селекции в 63-75 поколениях крыс линии ГК увеличилась доля высоковозбудимых животных с преобладанием гиперкинетических реакций. Впервые за весь период селекции процент высоковозбудимых крыс в кататонической линии стал выше, чем процент «застывающих».

2. Смещение полюса кататонических реакций в линии ГК сопровождалось изменениями на нейрохимическом уровне, которые заключаются в нивелировании различий по содержанию норадреналина (НА), серотонина (5-НТ) и 5-гидроксиндолускусной кислоты (5-ГИУК) в лобной коре, полосатом теле, гипоталамусе, миндалине и гиппокампе по сравнению с крысами линии Вистар.

3. У крыс кататонической линии в первые два дня неонатального периода повышена двигательная активность с превалированием дискинетических движений и асимметричных поз, а с 3-го по 14-й дни отмечена сниженная двигательная активность по всем кинематическим параметрам по сравнению с крысами линии Вистар.

4. Особенностями нейромедиаторной регуляции у крыс линии ГК в неонатальном периоде является сниженная функциональная активность серотонинергической системы по показателям содержания 5-НТ и 5-ГИУК в мозге, а также повышенное содержание НА в мозге по сравнению с крысами линии Вистар.

Апробация результатов

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

Публикации

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

Структура и объем работы

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

Благодарности

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

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Кататонические реакции как форма психопатологии человека и их значение для животных

Кататония (от греч. katatonos - натянутый) - психопатологический синдром, основным клиническим проявлением которого являются двигательные расстройства. Данный синдром состоит из кластеров симптомов и сам по себе не является диагнозом (Brake, Abidi, 2010). Согласно современному диагностическому руководству психических заболеваний - DSM-IV-TR (American Psychiatrie Association, 2000) кататоническое поведение определено, как существенные двигательные аномалии, включающие: 1) неподвижность (каталепсия или ступор), 2) определенные типы чрезмерной двигательной активности (бесцельное тревожное возбуждение без влияния внешних стимулов), 3) чрезмерный негативизм (беспричинное сопротивление инструкциям и попыткам быть перемещенным) или мутизм, 4) позирование или стереотипные движения, 5) эхолалия или эхопраксия.

В кататоническом синдроме выделяют два полюса - акинетический (ступор) и гиперкинетический (возбуждение). Кататонический ступор характеризуется двигательной заторможенностью, аномальными позами, которые подолгу сохраняются больными, негативизмом или противодействием больного любым попыткам изменить его позу, каталепсией («восковидной гибкостью»). При кататоническом возбуждении наблюдаются стереотипные, повторяющиеся, а также хаотические и бессмысленные движения, иногда с агрессией и яростным сопротивлением. Возможны переходы возбуждения в ступорозное состояние.

Возрождение интереса исследователей к феномену кататонии (Fink, Taylor, 1991, 2001; Johnson, 1993; Goldar, Starkstein, 1995; Fink, 1997; Peralta et al., 1997; Clark, Rickards, 1999; Pfuhlmann, Stoeber, 2001; Taylor, Fink, 2003; Moskowitz, 2004; Daniels, 2009; Fink et al., 2009) связано с 4 главными вопросами: 1) соответствующее положение кататонии в психиатрической нозологии, 2) взаимоотношения между кататонией, летальной кататонией и нейролептическим злокачественным синдромом, 3) лечение кататонии бензодиазепинами и/или электроконвульсивной терапией, 4) функционирование и нейрохимия мозга при кататонии.

Встречаемость кататонии среди психиатрических пациентов составляет 7-31% и чаще всего появляется при аффективных расстройствах (28-31% пациентов с кататонией). Только у 10-15% кататонических пациентов диагностируют шизофрению. 20-25% кататонии, обусловлено соматическими состояниями (Daniels, 2009).

Несмотря на частые случаи возникновения, кататония по-прежнему остается недостаточно понятым, плохо изуч�