Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Распространяющаяся депрессия в структурах головного мозга, электрофизиологические особенности, поведенческие проявления и функциональная значимость

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Распространяющаяся депрессия в структурах головного мозга, электрофизиологические особенности, поведенческие проявления и функциональная значимость"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НА>К ИНСТИТУТ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ И НЕЙРОФИЗИОЛОГИИ

На правах рукописи УДК 612(822.3*822.6+825.23)

ВИНОГРАДОВА Лодмиля Владиславовна

РАСПРОСТРАШВДАЯСЯ ДЕПРЕССИЯ В СТРУКТУРАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА. ЭЛЕКТРОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ. ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ И ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЗНАЧИМОСТЬ

Специальность «з.м.13 - физиология человека и животных

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в лаборатории общей физиологии временных связей (зав.лабораторией - докт.<5иол.наук Р.А.Павлыгина) Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (директор - академик РАН. профессор П.В.Симонов)

Научный руководитель: доктор биологических наук - В.И.Королева

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор

B.П.Подачки ,

. доктор биологических наук, профессор

C.А.Чепурнов

Ведущее учреждение: Институт мозга Российской Академии Медицинских наук.

Защита состоится 16 июня 1993 г. в 14 часов на заседании Специализированного Ученого Совета Д-еез.19.01 Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН (г. Москва, ул. Бутлероо/1, д.5а)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института высшей нервной деятельности и нейрофизиологии РАН.

Автореферат разослан " _______1993 Г.

Учений секретарь Специализированного Совета

П.

О.Х.Коштоянц

АКТУАЛЬНОСТЬ ИССЛЕДОВАНИЯ. Известно, что интеграция активности в нейронных ансамблях осуществляется на только на основе нервных импульсов и синаптических связей. Существование общего внеклеточного пространства, выделение в него нейроак-тивных веществ при наличии соответотвукхцих рецепторов на вно-оинаптической мембране клеточных элементов, образование ионных и метаболических градиентов в ходе нейроь;!ой активности - все это создает основу для разнообразных видов несинаптического взаимодействия в нервных центрах [Русинов, 1969; Сахаров. 1974¡ Ройтбак. 1979¡ Nlcholson. 198»; Adey, 1981; КруГЛНКОВ, 1961 ; Ашмарнн. 1982; Caspera et al., 1987; Orkand et al., 1987J. Одной из наиболее выразительных форм такого взаимодействия является распространяющаяся депрессия (РД) - феномен, связанный о локальной обратимой деполяризацией нервной ткани и сопровождающийся сдвигом постоянного потенциала, депрессией ЭЭР, изменением концентрации ионов и нейроактивных веществ во внеклеточной среде {.Leao, 1944, Ven Harreveld, Fifkova, 1970; Bures et al., 1974; Кузнецова, Королева, 1978; Martins-Ferreira, do Carao, 1987; Sotnjen, 1988; 1991].

Современные представления о нейрофизиологических механизмах, и Функциональных последствиях реакции РД основаны, главным образом, на данных, полученных в условиях острого эксперимента при разных видах наркоза и локального воздействия на мозг, а также косвенных показателях (сосудистой реакции, уровне метаболической активности) развития РД при различных типах патологии центральной нервной системы. Предполагается, что в ряде патофизиологических состояний мозга (травма, мигрень, ишемия) РД играет роль процесса, усугубляющего или инициирующего эти состояния ( Olesen, Jorgensen, 1986; Lauritien, 1987, 1992; Sonjen, 1988). С другой стороны, показано тормозящее влияние РД на развитие судорожного возбуждения и его генерализации в мозге [Королева, 1983; Bures et al., 1984]. Однако, ОСТвЮТСЯ неясными условия, ведущие к развитие реакции РД в нервной ткани. В настоящее время в литературе практически отсутствуют данные о возможности спонтанного возникновения волн РД у бодрствующих свободно подвижных животных, что в значительной степени связано с методическими трудностями регистрации в этих условиях сдвигов постоянного потенциала.Это существенно огра-

ничивает понимание функциональной роли реакции РД в работе го-: ловного мозга.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. Цель работы - исследование электрофизиологических особенностей и поведенческих проявлений реакции РД в нескольких структурах головного мозга крысы (коре, хвостатом ядре, таламусе и гиппокампе);"выявление возможности спонтанного возникновения РД у бодрствующих животных и оценка функциональной значимости данного явления в динамике . судорожного возбуждения.

В задачи работы входило:

1) Совершенствование методики регистрации и вызова РД в остром опыте и у свободно подвижного животного.

2) Исследование закономерностей диффузионного распространения и синаптической генерализации в мозге реакции РД при локальном электрическом раздражении мозговых структур.

3) Анализ поведенческих проявлений, связанных с развитием одиночной волны РД в отдельных структурах головного мозга крысы.

4) Пространственный анализ сдвигов постоянного потенциала . развивающихся в различных структурах головного мозга в от- . вет на системное введение эпилептогена {метразола).

5) Оценка роли спонтанно возникаюи|их корковых, таламичес-ких и гиппокампальных волн РД в динамике судорожных состояний при первичном действии метразола и в ходе фармакологического киндлинга.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Структурно-функциональные особенности кортико-стриат-ной системы мозга крысы создают условия для формирования реверберирующей волны РД, что значительно продлевает время ее действия на возбудимость головного мозга.

г. Низкие досудорожные пороги синаптического возникновения РД в структурах головного мозга при высокочастотном возбуждении афферентных входов необходимо учитывать при интерпретации функциональной значимости этого феномена.

з. Волны РД, спонтанно возникающие в коре и таламусе обоих полушария, обусловливают торможение эпилептической активности послс первых введений конвульсивных доз метразола и участку к/г в (¡юрммровании постиктального синдрома. Одной из причин усиления судоромюй активности в дмнаыико фармакологи-'.

ческого киндлинга является блокирование РД в кортико-стриатной системе и ослабление ее торыозя«цих влияний.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Показано, что функциональная неоднородность нервной ткани в коре и на границе с примыкающими к ней подкорковыми ядрами может быть причиной образования повторных и реверберирующих волн РД. Возвратное движение РД является характерным для кортико-стриатной системы №»зга крысы независимо от причины возникновения волны.

Полученные результаты о низких порогах синаптического возникновения РД в структурах головного мозга противоречат традиционному взгляду на РД как реакцию нервной ткани на повреждающее воздействие и дают основание для более широкого представления о функциональной значимости этого процесса в деятельности центральной нервной системы..

Принципиально новым является факт регулярного возникновения спонтанных волн РД в коре и таламусе после первых введений метразола. При этом РД не только участвует в прекращении начавшегося тонико-клонического припадка, но может полностью предотвращать его развитие.

НАУЧНО г ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ. Низкие пороги возникновения реакции РД при прямой стимуляции и синаптической активации ряда структур головного мозга необходимо учитывать при интерпретации механизмов действия внутримозговой электрической стимуляции, применяемой как в экспериментальных исследованиях, так и в клинической практике.

Данные об участии РД в динамике судорожного процесса являются важными для понимания мозговых противосудорожных механизмов; волна РД. сопровождающаяся высокоамплитудной деполяризацией нервных клеток и повышением внеклеточной концентрации ионов калия, может лежать в основе высвобождения из нервной ткани эндогенных антиконвульсантов.

Полученные результаты имеют большое значение для интерпретации динамики эпилептического процесса, для поиска и тестировании противосудорожных препаратов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации представлены и обсуждены на конференциях молодых ученых ИВНД и НФ РАН (Москва, 1987, 1990), Международном симпозиуме по распространяющейся депресии (Рио-де-Жанейро, 199»). заседаниях Ученого Совета

ИВНД И НФ РАН (1991, 1992).

ПУБЛИКАЦИИ. Материалы диссертации отражены в 9 печатных работах. •

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, обзора литературы (глава 1). описания методики (глава 2). изложения результатов исследования и их обсуждения (главы 3-6), выводов и списка цитированной литературы. Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит 49

рисунков. Бибилиографический указатель содержит работ. .

из которых - д на русском языке.

; ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Острые и хронические эксперименты выполнены на гее беспородных крысах и з» крысах линии Вистар весом 25»-Звв г. При проведении острых опытов животных наркотизировали нембуталом (4е-5е мг/кг) или обездвиживали <1 -тубоку рариноы (e.s-i мг/кг) с анестезированием мягких тканей головы г % раствором новокаина. При применении ыиорелаксанта осуществляли искусственное дыхание. Хронические эксперименты .проводили на бодрствующих свободно подвижных крысах, которым предварительно (за 4-6 дней до начала опытов) под нембуталовым наркозом имплантировали карбоновые электроды для электрической стимуляции (ОС) и регистрации волны РД.

В остром эксперименте для инициации волны РД использовались микроинъекции ».$-1 мкл е.г х раствора KCl, эпидуральная биполярная ЭС через серебряные шарики (межэлектродное расстояние - 1,6-г мм) или монополярная ЭС через карбоновые электроды. Последний способ ЭС применялся и в хроническом эксперименте. Параметры ЭС варьировали в широких пределах! длительное» импульса - в, 3-0,5 мс; число импульсов в пачке - 5-5»•• частота следования импульсов в лачке - 1в/о-5ве/о: амплитуда импульоов - е.»5-1 мА при внутримозговой ЭС и e.5-ie мА при эпидуральном раздражении. Интервалы между повторными ЭС в остром опыте составляли от 5 до за мин. в хроническом - от 15 мин до 24 часов.

Регистрация биоэлектрических процессов головного мозга крысы проводилась в широком диапазоне частот, включая сдвиги уровня постоянного потенциала - важнейшего компонента реакции

РД. Отрицательное смещение постоянного потенциала милливольто-вого диапазона (до 10-зе мВ) длительностью 30-60 сек являлось в нашей работе основным показателем возникновения РД в коре и подкорковых структурах. Для монополярной регистрации электрической активности применяли каломельные (в остг и опытах) или карбоновыв электроды в стеклянной изоляции (в острых и хронических опытах). В специальной серии экспериментов с одновременной регистрацией электрической активности обоими типами электродов было показано. что электрохимическая чувствительность карбоновых электродов не искажает сдвиги постоянного потенциала, сопровождающие волну РД. В остром опыте индифферентным являлся каломельный электрод, помещенный на мягкие ткани за затылочным бугром, в хроническом эксперименте - хлорированный серебряный шарик на черепной к сти.-

Пространственный анализ феномена РД проводился по результатам многоточечной <4-6 отведений) регистрации электрической активности как в пределах одной структуры, так и в разных отделах головного мозга . Регистрация активности в коре велась на глубине 0,5-0,9 mm¡ в глубокие структуры микроэлектроды вводились по следующим координатам (в соответствии с атласом Fifkova, Maréale, 1967): ГИППОКЭМП АР +3.S. L-R 3,5, V 3,5; таламус АР +з, l-b i, v 5,5; хвостатое ядро AP-2,L-n г, v s. По окончании опытов проводили морфологический контроль локализации кончиков электродов.

Сигнал с электродов подавался на вход 6-канального усилителя постоянного тока (входное сопротивление 1 ГОм), а затем на быстродействущий самописец.

Исследование поведения животного проводили в камере типа "открытое поле"размером 75 х 75 кв.см. Пол камеры состоял из 25 квадратов со встроенными емкостными датчиками для регистрации положения крысы в камере. Информация с датчиков поступала в ЭВМ 1ВМ рс с интервалом е,2 сек. Последующая обработка данных позволяла строить траектории перемещения животного по камере, определять двигательную активность по критерию числа пересечений квадратов и единицу времени. В полуавтоматическом режиме отмечались специфические реакции крыс - клоническис подергивания, встряхивания "мокрой собаки". Камера била экранирована, что позволяло одновременно с Фиксированием перемещений

животного осуществлять регистрацию электрической активности, мозга.

ОСОБЕННОСТИ ДИФФУЗИОННОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ РД В КОРТИКО-СТРИАТНОЙ СИСТЕМЕ МОЗГА КРЫСЫ.

Диффузионный характер распространения РД в нервной ткани обусловливает ее медленное (со скоростью 2-5 ым/мин) движение от места возникновения в виде концентрической волны. В однородной среде волна РД распространяется непрерывным фронтом, последовательно охватывая все участки серого вещества структуры и гаснет на ее границах, сформированных желудочками мозга ИЛИ прослойками беЛОГО вещества (Bures et al., 1974]. С связи с этим, волны РД. вызванные в таких структурах, как гиппокамп и таламус, остаются локализованными в данных областях мозга. В то же время, неокортекс и хвостатое ядро (ХЯ) связаны в единую РД-проводящую структуру через височные области коры, ядра амигдалы И ограду (Fifkova, Bures. 1964; Fifkova, Syka, 1964). Задача данного раздела состояла в исследовании особенностей диффузионного распространения волны РД в кортико-стриатной системе мозга крысы. При этом предполагалось, что функциональная неоднородность нервной ткани в коре и на границе с примыкающими к ней подкорковыми ядрами может быть причиной образования повторных и реверберирующих волн РД.

Возвращающиеся волны РД в кортико-стриатной системе. Впервые в острых экспериментах нами было обнаружено, что особенности строения кортико-стриатной системы обеспечивают не только возможность распространения корковой волны РД в ХЯ. но и создают условия для реверберации волны между корой и подкорковыми структурами. На рис. 1 приведена электрографическая запись волны РД, совершающей полное круговое движение в кортико-стриатной системе после микроинъекции KCl, вызвавшей волну в коре. Видно, что корковая волна РД проникла в ХЯ (на 7-и мин), вернулась в кору (на 1»-й мин) и распространилась по ней в обратном направлении. Отсутствие возвращающейся волны в амигда-ле, а также разница во времени движения волны от теменной коры ДО ХЯ I 5 . Si.» . 2 МИН > И ОТ ХЯ ДО ТОЙ же ТОЧКИ кори ( 4 . B.L0 . 1 мин ) указывали на то. что проникновение водны в ХЯ и ее возвращение

в кору осуществлялись разными путями.

Со.

Л^

ÍL

д.

Cd

Рис. 1. Распространение корковой волны РД в хвостатое ядро с последующим возвращением в неокортекс.

На диаграмме показано положение электродов в теменной и фронтальной коре (Col и Со2), амигдале Um) и ХЯ (Cd); К* -место инъекции KCl-, момент инъекции отмечен стрелкой. Калибровка: 29 мВ. 5 мин.

Круговое движение волны РД имело стабильные временные характеристики, что позволяло надежно идентифицировать его при небольшом числе корковых отведений. Период между двумя повторными волнами в теменной области коры составлял 10.5te.в мин. Волны с таким интервалом никогда не наблюдались в коре, если корковая РД не проникала предварительно в ХЯ.

Мы предположили, что в основе формирования возвратного движения волны РД в кортико-стриатной системе лежат анизотропные свойства РД-проводящей среды на границе фронтальных областей коры с прилежащими к ней подкорковыми структурами (ограда, прилежащее ядро). Поскольку в нижних слоях коры амплитуда волны РД значительно уменьшена, она не способна обеспечить достаточный градиент химического переносчика для возбуждения РД в близко примыкающих к коре подкорковых ядрах. Однако, когда высокоамплитудная волна РД, проникшая в ХЯ через ядра амигдалы, оказывается с другой стороны "барьера", она преодолевает его и снова выходит во фронтальную кору. Более длительное время, необходимое для проникновения РД в ХЯ через амигдалу, дает возможность для функционального восстановления фронтальной области коры после периода абсолютной рефрактерности и повторного развития здесь деполярмзационного процесса.

Анализ распространения волны РД на модели возбудимой сро-

ды. Предположение о механизме формирования возвращающихся волн. РД после однократного раздражения коры было проверено на модели возбудимой среды с неоднородной плотностью активных элементов. Программа модельных экспериментов была разработана сот- ■ рудниками нашей лаборатории Н.А.Гореловой и В.И. Давыдовым. Возбудимая среда имитировала разные отделы диффузионно-связанной кортико-стриатной системы мозга крысы. Важным структурным компонентом среды являлись слои с пониженной плотностью активных элементов, обладавшие односторонней или двусторонней проводимостью для волны возбуждения. Модельные эксперименты подтвердили, что анизотропные свойства среды могут приводить к образовании реверберациокного движения волны РД после однократного раздражения.

Типы реверберации волны РД в кортико-стриатной системе. Статистические данные об интервалах между повторными корковыми волнами РД, возникавшими после однократного (электрического или химического) раздражения коры, показали, что максимальное число повторных волн наблюдалось в диапазонах г~4 и 9-11 мин. Причиной бимодального распределения интервалов являлась лока-лизованность отдельных реверберация в пределах неокортекса в одних случаях и круговое движение волн через глубокие структуры в других случаях. Кортико-каудатные волны РД совершали в основном по одному обороту, что било связано, очевидно, с более длительной (по сравнению с неокортексом) рефрактерностыо, амигдалярного комплекса. Реверберации, локализованные в коре, являлись более устойчивыми, совершая от 2-3 до 14-19 оборотов.

ОБСУЖДЕНИЕ. Возможность реверберации волны РД в нервной ткани была продемонстрирована в ряде работ на коре. большого мозга И препарате сетчатки {Shibata, Bures, 1972. 1974; Uartlns-Ferreira et al., 1974; Koroleva, Bures, 1979; Королева, 1983; Gorelova, Bures, 1983; Горелова, 1985). BaXHO OTM6-тить, что во всех указанных работах помимо основного стимула, вызывающего волну РД, применялись дополнительные экспериментальные воздействия, кратковременно блокирующие реакцию РД в некотором участке или вызывающие вторичную волну на фоне относительной рефрактерности. В настоящей работе показано, что реверберация волны РД может осуществляться не только в пределах неокортекса, но и с вовлечением ряда подкорковых ядер. При

этом реверберационные процессы возникают без дополнительных воздействия, усиливающих функциональную неоднородность нервной ткани, а только на основе существующих структурно-анатомических особенностей. Круговое распространение РД значительно продлевает время ее влияния на активность мозг .

Предположение о механизме возникновения повторных волн РД на однократное раздражение было подтверждено на модели диффузионно-связанной среды, используемой многими авторами для анализа волновых процессов возбуждения в шкжардиальной и нервной ткани (Wiener, Rosenblueth. 1946; КрИНСКИЙ, ЖабОТИНСКИЙ, 1981; Зыков, 1981]. В нашей работе анизотропные свойства отдельных участков возбудимой среды были обусловлены градиентом плотности активных элементов. Очевидно, что неравномерная плотность нейронных элементов , существующая реально не только на границах структур, но и в пределах коры, может быть причиной образования реверберация, локализованных в неокортексе.

СИНАПТИЧЕСКАЯ ГЕНЕРАЛИЗАЦИЯ РЕАКЦИИ РД ПРИ ЛОКАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТИМУЛЯЦИИ СТРУКТУР ГОЛОВНОГО МОЗГА.

Реакция РД представляет собой результат взаимодействия несинаптических и синаптических процессов. В условиях ритмической ЭС мозговых структур синаптическое звено может приобретать ведущее значение в инициации и распространении РД [Leao,

1951; Rosenblueth, García-Hamos. 1966; Bures, Buresova, 1981].

При этом возможность быстрого (через несколько сек) развития РД вне области ЭС позволяет говорить о синаптической генерализации данного процесса в мозге. Использование коротких пачек (ie-20) импульсов дает возможность избежать побочных эффектов раздражения, тормозящих развитие РД [Королева, 1989]. Это позволило нам исследовать закономерности синаптической генерализации РД при локальной ЭС коры и подкорковых структур. В настоящем разделе приведены результаты, полученные на наркотизированных или обездвиженных животных.

Пространственные характеристики корковой PJ| при пороговой и надпороговой ЭС поверхности коры. С увеличением частоты корковой ЭС происходило снижение порогов РД в области стимуляции, а при надпороговых интзнсивностях в отдаленных участках коры

раздражаемого и конгралагерального полушарий начинали возникать дополнительные фокусы РД. Вероятность синаптического возбуждения волны РД в контралатеральком полушарии составляла 70-э» х при частоте ЭС гее Гц и интенсивности от в,5 до 5 мА ( в условиях эпидурального раздражения». При частоте ЭС 50 Гц вероятность снижалась до 50-70 %. а раздражение частотой 10 Гц было неэффективным для вызова РД на противоположной стороне при всех использованных интенсивностях.

Синаптичаская генерализация РД в глубокие структуры головного мозга при электрическом раздражении поверхности коры. Проведенное исследование показало, что существует возможность регулярного вызова РД в таламусе, гиппокампе и ХЯ на основе активации синаптических связей между корой и данными структурами. Вовлечение отдаленных мозговых структур определялось параметрами стимуляции. Пороги синаптической инициации РД в таламусе при ЭС теменной коры быстро снижались (от 5±0,8 мА до 1,8±0,2 мА) с увеличением частоты ЭС от 10« до 500 Гц. ЭС такой интенсивности не вызывала в мозге животного каких-либо судорожных явлений, то есть пороги синаптического вызова РД в таламусе были досудорожными. Особенностью таламуса являлось также быстрое расширение фокуса РД при переходе к надпороговым раздражениям коры и короткий рефрактерный период.

Синаптическое возникновение фокусов РД в гиппокампе (при ЭС теменной области коры) характеризовалось более высокими порогами и тесной корреляцией с судорожной активностью. После кратковременного высокочастотного раздражения коры волна РД могла возникать в гиппокампе без предшествующего судорожного эпизода. Однако, само распространение волны в этой структуре провоцировало эпилептиформные разряды.

Особенностью каудатных синаптически вызванных волн РД были нестабильные пороги и большая чувствительность к целому ряду факторов, влияющих на функциональное состояние животного (уровень наркоза, степень обезболивания).

Пороги возникновения и пространственные характеристики РД при локальной 50 глубоких структур мозга. Частотные и временные параметры ЭС глубоких структур , оптимальные для вызова в них РД, были в основном такими же, что и при поверхностном раздражении коры. Однако, пороговая амплитуда импульсов су-

пгеетвенно понижалась и составляла в среднем 184*25 tiKA для кори, гео±38 мкА для гиппокампа и 153429 мкА для таламуса. Тала-мус и гиппокамп характеризовались стабильным» порогами. Таламические волны РД можно било регулярно вызывать с интервалом 5-6 мин,- для гиппокампальноП РД требовались гораздо большие интервалы между раздражениями - 15-20 г.шн. При прямой высокочастотной ЭС таламуса и гиппокампа проецированные РД-отве-тн в коре отсутствовали при интенсивности ЭС,в 5-1И раз превышающей пороговые значения для РД в раздражаемой структуре.

Высокочастотная ЭС ХЯ отличалась более высокими значениями для вызова волна РД в самом ядре <3бв±41 мкА) и тесной связью с корковой РД. Активное вовлечение коры в ответ на стимуляцию ХЯ происходило как посредство» несинаптического распространения волны РД из ХЯ в неокортекс (в 15 s случаев от общего числа проб; п=24б), так и за счет возникновения синаптическм проецированных фокусов РД в коре (78 %).

ОБСУЖДЕНИЕ. Зависимость порогов возникновения РД от частоты ЭС указывает на ведущую роль суммационных процессов в формировании синаптмческого фокуса РД. Очевидно, в условиях высокочатотной ЭС эффективная суммация деполяризационных процессов и увеличение внеклеточной концентрации ионов калия до критических значений [Vyskocil et al., 1972; Raid, 1987) 3U-пускает систему положительных обратных связей и ведет к инициации РД . Учитывая множество возбуждающих глутаматергнчеекнх кортикофугальных проекций ICotman et al.. 1987 1 и их специфическое участие В динамике РД IVan Harreveld, Flfkova, 197»! Laurltzor» et al.. 1988; Marranes et al., 1988]. МОЖНО Предположить интенсивное выделение глутамата и активации nmda-рецепторов в областях формирования синаптического Фокуса РД.

Наиболее легко, в отсутствие каких-либо признаков судорожной активности, реакция РД возникает в коре и таламуоо. Меньшая эффективность ЭС тененной области кори для сннаптичос-кого возбуадония РД в гнппокакпе н ХЯ очевидно связана о тек, что основные кортикоФугальнно проекции эти структуры получают из других корковых отделов [Виноградова. 1975; Толкуноч, 197»; Vaanlns et ni., 198 0 и др.). Возникновению РД о ХЯ тг.ет препятствовать также активации других структур. эффективно лирующих возбуждающее действие глутимигергичеоких корколкх

1.Г

проекций [Vives. Nogenson, 1986; ОтеЛЛИН, АруШНЯН, 19891.

Более высокие пороги синалтической генерализации РД-отве-та в кору при локальной ЭС таламуса могут быть обусловлены диффузным распределением таламо-кортикальных проекций, затрудняющим формирование синаптически проецированных фокусов РД. Невыясненным остается вопрос - раздражением какой системы волокон внутри стриатума (при локальной ЭС ХЯ) обеспечивается проецированный ответ в коре? Не исключено, что определенную роль играет антидромная иыпульсация к коре. Однако, по нашему мнению, значительный вклад должно давать раздражение моноами-нергических волокон, транзитно проходящих через ХЯ (Леонтович, 1983; Hants et al.. 1988).

ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ РЕАКЦИИ РД В РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫСЫ.

Обычно электричекое раздражение мозговых структур рассматривается как способ их синаптической активации. При интерпретации поведенческих эффектов ЭС редко учитывается участие в их формировании высокоамплитудных (1»-зе мВ> деполя-ризационных сдвигов постоянного потенциала, влияющих на функциональное состояние нервных центров и межцентральные отношения [Русинов, 1969-, Кузнецова, Королева. 1978]. В задачу данного раздела работы входило сопоставление электрофизиологических особенностей и поведенческих проявлений корково-каудат-ной, гиппокампальной и таламической РД, возникающих у бодрствующих свободно подвижных крыс в ответ на локальное высокочастотное раздражение данных структур.

Динамика электрофизиологических ответов при повторных раздражениях мозга. В хронических экспериментах электрофизиологические особенности волн РД в структурах головного мозга определялись ареалом их синаптического и несинаптического (диффузионного) распространения и различной связью с судорожной активностью. При частоте ЭС 1ве-5ее Гц и длительности раздражения е.1-е,es сек пороги РД не отличались значительно от результатов, полученных в острых экспериментах, и составляли в среднем seetse мкА, ззегзг мкА, îseizs мкА и 46»t5e мкА для коры, гиппокампа. талануса и ХЯ соответственно. В ходе

повторных опытов свойства реакции РД заметно изменялись.

Для корковых волн РД было характерно быстрое сокращение ареала распространения в ког ч'ико-стриатной системе: если в первые два дня 99 % волн распространялось из коры в ХЯ. то к з -4 дню вероятность их проникновения падала до зз%, а к 5-6 -до 12,5 *. Многократные проверки показали , что несмотря на устойчивый блок проведения РД из коры в ХЯ, волны РД, вызванные электрическим раздраженней в самом ХЯ. регулярно выходили в кору. Это подтверждало независимость путей распространения волны из коры в ХЯ и обратно и свидетельствовало о локализованное^ функциональных изменений, блокирующих про-едение РД. только на пути в ХЯ.

Особенностью гиппокамла являлась близо гь порогов возникновения РД и судорожного послеразряда. Поэтому в ответ на высокочастотную ЭС дорсального гиппокамла одной и той же интенсивности (296 проб) уже в первые дни можно было получить три типа ответов: судорожный послеразряд (22х), волну РД 131*) и смешанную реакцию - волну РД с предшествующим ей судорожным послеразрядом (47Х). Вероятность РД на стороне ЭС была значительно выше, чем на противоположной.• 78 и 25Х соответственно. Как и в острых опытах, проникновение волны РД в вентральный гиппокамп ( с латентным периодом 2-2,5 мин) всегда провоцировало характерную пач.:/ пароксизмальных разрядов длительностью 19-12 сек. При ежедневных ЭС гиппокамла в течение 19-15 дней электрические реакции, характерные для первых опытов, изменялись в связи с усилением судорожных явлений, снижением амплитуды и вероятности возникновения волны РД.

В отличие от гиппокамла при ЭС таламуса, достаточной , ш возникновения волны РД, никогда не развивался первичный посге-разряд и другие более поздние формы судорожной активности. В ходе повторных экспериментов пороги таламической РД практически не изменялись и соответствовали порогам, установленным в первые дни.

Поведенческие проявления корково-кяудатной. гип. 'Жимппль-ной и таламической волн РД. Унилатеральннл каудатная РД инициировала специфическую двигательную реакцию - так называомос каудатное вращение в виде тонических поворотов головы или ы;е-го тела, носящие навязанный характер и всогла иапраыленнич н

сторону, противоположную стимулируемому полушарию. Распространение каудатной РД в кору усложняло и удлиняло поведенческие эффекты ЭС ХЯ. При этом наблюдали комплекс реакций <замирание, груминг, ориентировочная реакция ), последовательно сменявших ДРУГ друга и отражавших распространение деполяризационного процесса из ХЯ в кору.

При развитии гиппокампальной РД (после ЭС дорсального гиппокампа) появлялось характерное усиление двигательной активности, которое достигало максимума через 2-3 мин и заканчивалось к 6-7 мин. Движение сопровождалось частыми стойками и специфическим ммоклоничееким возбуждением в виде встряхиваний "мокрой собаки" (от з до 20). Большинство встряхиваний происходило на нисходящей фазе волны РД в вентральном гиппокампе и очевидно провоцировалось эпилептиформной активностью этого отдела гиппокампа. Двигательное возбуждение было наиболее выражено при двусторонней гиппокамлальной волна РД; изолированный послеразряд не влиял на локомоторную активность крыс.

Развитие РД в таламусе не вызывало какого-либо специфи ческого поведенческого ответа. При неугасшей ориентировочной реакции талаиическая РД достоверно снижала подвижность кивот-ного в открытом поле. РД, вызванная в таламусе на неактивном фоне, никогда не приводила к активации животного.

ОБСУЖДЕНИЕ. При анализе поведенческих эффектов РД необходимо учитывать несколько аспектов влияния высокоамплитудного деполяризационного сдвига на нервные элементы: кратковременную фазу возбуждения нейронов на подъеме (и иногда на спаде) волны РД, длительное торможение импульсной активности в фазе католической инактивации и в последействии, изменение иожцентральных отношений как следствие изменения импульсных потоков, а также специфическую нейрохимическую активации структуры за счет изменения проницаемости клеточных мембран и выхода в экстракле-ТОЧНОО Пространство неяроактивних веществ [ Ueda, Bures, 1977; Kraig, Nicholson, 1978; Schneider, Siiason, 1983; Büros at al., 1984; Somjen, Altken, 19S4).

Ряд полученных нами данных (седативное влияние т&памичеа-кой РД и некоторые поведенчески« проявления корковой волны) легко интерпретируется на основа классической точки зрения об РД как временном Функциональном выключении структуры ¡Euros et

«1.. 19741.

Влияние гиппокампальной РД на поведение крыс связано скорее всего с "высвобождением" из-под тормозного контроля гиппокамла ДРУГИХ СТРУКТУР [Huston. Holzhauer, 1988]. а Также ПРЯМЫМ активирующим воздействием волны РД на вентральные отделы гиппокампа, показанным в нашей работе. Очевидно, в этом случае увеличение концентрации ионов калия во внеклеточной среде, сопровождающее волну РД, не вызывает полной католической инактивации нейронов, а наоборот стимулирует генерацию пароксиз-мальных разрядов. Это соответствует литературным данным о возникновении интериктальной активности в вентральных отделах гиппокампа под влиянием повышенной концентрации ионов калия во внеклеточной среде [Bragdon et al.. 1986J.

Известно, что одностороннее выключение ХЯ с помощью экстирпации, локального охлаждения или инъекции прокаина всегда сопровождается ипсилатеральным вращением (в сторону выключенного полушария): контралатеральное вращение связывается с активацией ХЯ, и прежде всего его дофаминергической системы [Understedt, 1971; Cools, 1973. Joyce et al.. 1981; ОтеЛЛНН, Арушанян. 1989]. Интенсивный выброс дофамина во внеклеточную среду на волне РД показан в работах Hoehaddan с соавт. £1987] и Kasser с соавт. [1988]. Это подтверждает значительный вклад нейрохимической активации в формировании поведенческих эффектов РД.

В целом, поведенческие признаки волн РД в ХЯ (контралатеральное вращение) и в гиппокампе (встряхивания "мокрой собаки" и локомоторное возбуждение) позволяют четко идентифицировать их возникновение у бодрствующего свободно подвижного животного. В противоположность этому, таламические и корковые волны РД слабо отражаются в поведении крыс и требуют для своего выявления дополнительных тестов или постоянного электрофизиологического контроля.

РОЛЬ РД В ТОРМОЖЕНИИ СУДОРОЖНОЙ АКТИВНОСТИ, ВЫЗВАННОЙ СИСТЕМНЫМ ВВЕДЕНИЕМ МЕТРАЗОЛА.

Данные о низких порогах возникновения РД в структурах головного мозга позволяют предполагать . что при определенном

уровне синаптического возбуждения РД может возникать спонтанно и включаться в общую реакцию мозга. Для проверки этого предположения мы выбрали одну из популярных экспериментальных моделей эпилепсии - метразоловую модель. Судорожное состояние, вызываемое системным введением метразола (лентилентетразола), широко изучено в различных аспектах [Но «г «а., 1977; Шандра И др.. 1983; Крыжановский И др., 1965; БсЫскегоУа «г в1. , 1989: Опо «г а1.. 1990 и др.]. Однако вопрос об участии волны РД в динамике электрофизиологических и поведенческих реакций на действие метразола оставался неисследованным. В отличие от предыдущих разделов, в данной части работы мы не прибегали к каким-либо дополнительным локальным воздействиям на мозг и анализировали спонтанные изменения электрической активности различных структур головного мозга крысы под влиянием ежедневного системного введения стандартной дозы метразола.

Поведенческие реакции крыс при ежедневном введении 48 мг/ кг метразола. При оценке поведенческих реакций животных на системное введение эпилептогена мы использовали несколько упрощенную классификацию, включающую три основных типа ответов! 1) короткие двигательные припадки (или отсутствие их) с быстрым торможением всех проявлений судорожной активности ; 2) продленные (зв сек и более) тонико-клонические припадки и з) устойчивые миоклонические подергивания в течение всего эксперимента. Повторные ежедневные воздействия приводили к изменению поведенчоских реакций крыс вследствие усиления судорожных синдромов. Это проявлялось как в увеличении длительности и интенсивности тонико-клоннческого припадка, так и в нарастании мощности миоклонических подергиваний, предшествующих припадку или полностью замещавших его. Вероятность ответов первого типа снижалась с 85 х (в первые пять дней) до звх (во второй половине' 1в-дневной экспериментальной серии). Соответственно увеличивалась вероятность ответов второго (о 7 до 35 х) и третьего (с в до 27 х) типа.

РД в коре и подкорковых структурах головного мозга при, первичных введениях метразола. Регистрация электрофизиологи-чоских процессов, сопровождающих описанные поведенческие реакции крис, показала, что прекращение судорожной активности и ннчило поетиктнльного торможения тесно связано с возникновени-

ем волн РД в ряде структур головного мозга.

Л

2-й

1-Со

4-СА

З-Со

ЮмВ

Рис. 2. Спонтанное возникновение волн РД в кортико-стри-атной система позга крысы при первом введении 40 мг/кг метра-эола.

Запись электрической активности в сенсо-моторной коре I ХЯ правого (1, 2) и левого О. «) полушарий проведена непосредственно после инъекции метразола.

• Записи на рис. 2 отражает электрические процессы, развившиеся в коре и ХЯ обоих полушария непосредственно после первой инъекции метразола. Поведенческая реакция крысы характеризовалась быстрым прекращением начавшихся миоклонических подергиваний в отсутствие двигательного припадка. Каш видно из рисунка, усиление электрической активности в коре обоих полушарий отразилось в виде нескольких нарастающих по частоте и амплитуде интерикталышх спайков. Однако, практически одновременное возникновение волн . РД в коре обоих полушарий (через 2 мин после инъекции метразола) привело к торможению поведенческих I электрофизиологических проявлений судорожной активности. Характерными являлись несколько высокоамплитудных спайков, возникавших во время восстановления в коре уровня постоянного потенциала . Эти спайки сопровождались энергичным миоклокическимк вздрагиваниями крысы, застывшей перед этим 1

неподвижной позе. Через 4 мин (в правом полушарии) и 4.5 мин (в левом полушарии) корковые волны РД проникли в ХЯ. В этот период наблюдались вращательные движения крысы сначала в левую. а затем в праву» сторону (каудатное вращение). Появление вторичной воляы РД в коре левого полушария с (интервалом 7 мин) свидетельствовало о том, что левосторонняя волна совершила полное круговое движение в кортико-стриатной системе (сравните запись на рис.1). В целой, в первые два дня спонтанное возникновение волн РД в коре через íeetis сек после системного введения метразола отмечалось в яг * опытов.

Возникновение волн РД- в тадамусе происходило несколько раньше, чем в коре (латентный период - 75±8 сек) и наблюдалось практически во всех опытах. Таламические волны не тормозили двигательные припадки, но значительно смягчали их протекание. Особенностью таламуса являлось возникновение дополнительных волн РД на основе одиночных интериктальных спайков.

В первые опытные дни гиппокамп не успевал вовлекаться в какие-либо Формы судорожных явлений-, волны РД и их поведенческие корреляты отсутствовали.

РД и судорожные реакции в различных структурах головного мозга при повторных воздействиях 4» мг/кг метразола. Усиление судорожных процессов в ходе ежедневных введений метразола con- , рождалось уменьшением вероятности возникновения корковых волн РД (с 92 * до 18 X к 9-1» дню), сокращением ареала их распространения и снижением амплитуды волн (вплоть до полного блока) после продленного иктального эпизода. Особенно быстро уменьшалась вероятность распространения корковых волн РД в ХЯ - уже к з-4 дню она сокращалась вдвое.

Высокая вероятность возникновения РД в таламусе сохранялась в течение всего экспериментального периода. Более того, »о 'многих опытах, наблюдали генерацию длительных серий повторах таламических волн на основе одиночных интериктальных спайков. небольших групп спайков или коротких иктальных эпизодов.

В отличие от коры и таламуса. одиночные интерикталыше ¡пайки не приводили к возникновению регулярных волн РД в гип-iokumiu!. Только генерализованные иктальные эпизоды, вовлекавши гшиюкамп, могли спровоцировать РД в этой структуре. Пове-деичоским отражением РД в гишкжампе являлись интенсивные

встряхивания "мокрой собаки", образовывавшие дополнительную фазу миоклонического возбуждения.

В целом, сопоставление электрофизиологических реакций различных мозговых структур с динамикой поведенческих ответов в ходе фармакологического киндлинга показало важную роль кор-ково-каудатной РД в торможении эпилептической активности и меньшее значение таламической и гиппокампальной РД.

ОБСУЖДЕНИЕ. Проведенные исследования показали, что целый комплекс двухсторонних таламо-корково-каудатных волн РД формируется на основе спонтанного возникновения этой реакции в первые минуты после системного введения метразола, Эффективная синаптическая генерализация РД-ответа в кортико-таламической системе и диффузионное распространение РД в кортико-стриатной системе обусловливает состояние постиктального. торможения не только после коротких судорожных эпизодов, но и при так называемых "подлороговых" эффектах метразола, когда миоклонические подергивания быстро прекращаются в отсутствие двигательного припадка.

При изучении соотношения РД и судорожного процесса а модели метразоловых судорог подтвердились основные закономерности развития реакции РД, выявленные нами ранее в острых и хронических экспериментах с локальным раздражением мозговых структур: возможность формирования возвращающихся волн РД в кортико-стриатной системе крысы на основе анизотропных свойств различных ее отделов-, прогрессивное снижение вероятности диффузионного проникновения корковой РД в ХЯ в ходе повторных воздействий; способность к частой генерации повторных талами-ческих волн РД; поведенческие проявления реакции РД. специфические для исследованных структур.

РД как механизм католической инактивации привлекается некоторыми авторами при обсуждении окончания интенсивного судорожного эпизода - на случай недостаточности других тормозных механизмов, прежде всего механизмов гиперполяризационного си-наптического торможения [Van Harraveld. Stamo. 1Э5Э; Арушанян, 1968; Окуджава, 198»; Guedes at al.. 1987]. В настоящей работе показано, что волна РД возникает чаще всего как ранний компонент общей реакции мозга на системное введение метразола. При этом нейтрализация судорожных состояний происходят эф^ктив-

нее, если РД развивается с коротким латентным периодом. Очевидно, противосудорожный эффект реакции РД определяется не только католической инактивацией механизма генерации эпилептических спайков, но и выделением из деполяризованных клеток ряда медиаторов и пептидов, которые могут выполнять роль эндогенных антиконвульсантов (в-эндорфина, аденозина, инозина и др.). Известно, что содержание этих веществ в крови резко возрастает через 10 -20 сек после эпилептического припадка 1Кры-жановский К др., 1988; Г>в1«ас1о-ЕБчивЬа аЬ а!.. 1936; Огакипои, 19881. Мы предполагаем, что авторегенеративная вьсокоанплитуд-ная деполяризация, составляющая суть реакции РД, может являться основой механизма высвобождения неПроактивных веществ из нервной ткани.

ВЫВОДЫ

1) Структурно-функциональные особенности кортико-стриат-ной системы мозга крисы создают условия для реверберации волны РД, Повторный выход волны в кору является важным элементом пролонгирования общего времени действия РД.

2) При определенном типе возбуждения мозговых центров происходит быстрая генерализация процесса РД в отдаленные структуры по синалтическим связям. Формирование синаптического фокуса РД в таламусе не связано с развитием каких-либо видов судорожной активности. Эпилептнформная активность, сопровождающая гиппокампальную РД, в большей степени является следствием самой волны, чем провоцирующего ее возбуждения.

3) Поведенческие признаки реакции РД в ХЯ и гиппокампэ позволяют с высокой степенью вероятности судить о ее возникновении при тех или иных воздействиях. Таламические и корковые волны РД слабо отражаются в поведении крыс и требуют для своего выявления дополнительных тестов или постоянного электрофизиологического контроля.

4) Распространяющаяся депрессия является закономерным феноменом 13 реакции коры, таламуса и ХЯ на системное введение конвульсивных доз мотраэола. Волны РД, спонтанно возникающие в ко|х) н талнмусе обоих полушарий, обусловливают торможение эпилептической активности после первых введений эпилептогена и

участвуют в формировании электрофизиологических и поведенческих реакций, наблюдающихся в фазе постиктального торможения. Одной из причин усиления судорожной активности в динамике Фармакологического киндлинга является блокирование РД в корти-ко-стриатноп системе и ослабление ее тормозящих влияний.

5) Полученные результаты о низких порогах синаптического возникновения РД в различных структурах головного мозга и о тормозной роли этой реакции в динамике судорожного процесса расширяют представление о функциональной значимости РД в деятельности центральной нервной системы. Данный феномен может выступать как один из компонентов реакции мозга на ряд экстремальных воздействий (эпилептогенных, стрессорных. болевых), обеспечивающий не только изменение импульсной активности нейронов, но и нейрохимическую активацию нервных центров.

СПИСОК РАБОТ. ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1; Виноградова Л.В. Участие одвигов постоянного потенциала в Формировании поведенческих эффектов высокочастотной электрической стимуляции таламуса и неостриатуыа // От условного рефлекса к мысли/ Тезисы докладов конференции молодых УЧеИЫХ, М.. 199%, О. 21-22.

2. Королева В.И.. Виноградова Л.В. Распространяющаяся депрессия в таламусе. гиппокампе и хвостатом ядре крысы при электрическом раздражении теменной области коры // Нейрофизиология. 199«, Т.22, H I, С. Зв-44.

3. Vinoeradova Í..V., Koroleva V.l.. Bures J. Re-entry «aves of Leao's spreading depression between cortex and caudate nucleus // Brain Res.. 1991. Y. S38. p.161-163.

4. Королева В.И.. Горелова H.A.. Виноградова Л.В. Электрофизиологические и поведенческие проявления гиппокампальной и таламической распространяющейся депрессии// Жури.высш.нерв. ДвЯТ., 1991. Т.41. N S, С..1в19-1»Э2.

5. Королева В.И.. Горелова H.A.. Виноградова Л.В. Деполя-ризационные сдвиги постоянного потенциала в различных структуг pax головного мозга крысы и их функциональное значенйе//Тез. конференции, посвященной развитию отечественных научных школ, N. , 1991. с.8-9.

6. Koroleva, V.I., Goreloya, N.A.. Vinogradov®, L.V. Thalamic and hippocanpal spreading depression: sons electrophysiological and behavioral evidence // Spreading depression. Ed. do Carao, 1992, Springer-Verlae, pp. 99-115.

7.Bures J., Korobvo V.X., Vinogradova L.V. Synergetics of spreading depression: re-entry waveв and reverberations in the rat brain // Spreading depression. Ed. do Carmo, 1991, Springer-Verlag. pp. 35-48.

8. Koroleva V.I.,- Vinogradova L.V., Buras J. Reduced incidence of cortical spreading depression in the course pentamethylenetetrazol kindling in rets //Brain Res. 1993 (in press).

9. Виноградова Л.В., Королева В.И. Распространяющаяся депрессия в коргико-стриатной системе мозга крысы при судорожном процессе, вызванном системным введением пентилентетразола // Жури. высш.нерв.деят.. 1993 (в печати).