Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Роль взаимодействия стриатума и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы в регуляции адаптивного поведения у крыс

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Самохвалова, Татьяна Николаевна, Ставрополь

СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

САМОХВАЛОВА Татьяна Николаевна

РОЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СТРИАТУМА И ГИПОТАЛАМО-ГИПОФИЗАРНО-НАДПОЧЕЧНИКОВОЙ СИСТЕМЫ В РЕГУЛЯЦИИ АДАПТИВНОГО ПОВЕДЕНИЯ У КРЫС

ОЗ.ООЛЗ. - физиология человека и животных

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор В.А.Батурин

Ставрополь - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................5

Глава 1. УЧАСТИЕ СТРИАТУМА В РЕГУЛЯЦИИ АДАПТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОРГАНИЗМЕ (обзор литературы). . 10

1.1. Морфофункциональные особенности стриатума........................10

1.2. Участие стриатума в регуляции поведения..................................12

1.3. Роль стриатных механизмов в организации комплексного ответа на стресс..........................................................................................18

Глава 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ......................21

2.1. Общая характеристика экспериментального материала ..............21

2.2. Повреждение мозга..........................................................................23

2.3. Гистологический анализ..................................................................24

2.4. Адреналэктомия..................................................................................25

2.5. Моделирование эмоционально-болевого стресса..........................27

2.6. Методы определения функционального состояния ГГНС ............27

2.6.1. Определение содержания 11-ОКС в ткани надпочечников ... 28

2.6.2. Определение концентрации 11-ОКС в плазме крови..................30

2.7. Тестирование крыс в "открытом поле"..........................................31

2.8. Комплексная оценка тревожно-фобического статуса крыс с по-

мощью метода многопараметрического тестирования..............32

2.9. Переделка направления избегания в У-образном лабиринте ... 38

2.10. Оценка апоморфиновой стереотипии..........................................38

2.11. Изучение галоперидоловой каталепсии......................................39

2.12. Фармакологические средства......................................39

2.13. Статистические и математические методы анализа результатов

исследования ..................................................................................40

Глава 3. УЧАСТИЕ СТРИАТУМА В РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ АКТИВНОСТИ ГГНС И ОРГАНИЗАЦИИ

АДАПТИВНОГО ПОВЕДЕНИЯ................................................42

3.1. Влияние стриатэктомии на функциональную активность ГГНС и

поведение................................................................................42

3.1.1. Функциональное состояние ГГНС ................................................42

3.1.2. Особенности адаптивного поведения..........................................45

3.2. Влияние эмоционально-болевого стресса на функциональную

активность ГГНС и поведение стриатэктомированных крыс . . 54

3.2.1. Функциональное состояние ГГНС ..............................................54

3.2.2. Особенности адаптивного поведения..........................................68

3.3. Влияние односторонней адреналэктомии на функциональную

активность ГГНС и поведение стриатэктомированных крыс . . 92

3.3.1. Функциональное состояние ГГНС ................................................92

3.3.2. Особенности адаптивного поведения..........................................97

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ГЛЮКОКОРТИКОИДОВ И АДРЕНАЛЭКТОМИИ НА ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ СОСТОЯНИЕ СТРИАТУМА ..................................................................................................114

4.1 .Переобучение крыс навыку избегания в У-образном лабиринте . 114

4.2.Изменение апоморфиновой стереотипии..........................................118

4.3. Особенности галоперидоловой каталепсии....................................125

Глава 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ............................................132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................148

ВЫВОДЫ..................................................................................................151

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................153

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

11-ОКС - 11-оксикортикостероиды

Ь-ДОФА - Ь-диоксифенилаланин

АКТГ - адренокортикотропный гормон

АЭ - адреналэктомия

ГАМК - гамма-аминомасляная кислота

ГГНС - гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая

ДА - дофамин

ИПТ - интегральный показатель тревожности

КА - катехоламины

КИГ - кардиоинтервалограмма

КЛ - кортиколиберин

ДО - ложная операция

МАО - моноаминоксидаза

НА - норадреналин

ПВЯ - паравентрикулярные ядра

САС - симпато-адреналовая система

СЭ - стриатэктомия

ЭЭГ - электроэнцефалограмма

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

Сложившиеся еще в XIX веке взгляды на стриатум как высший центр моторики, контролируемой экстрапирамидной системой, полностью пересмотрены в последние десятилетия [78, 275]. На смену им пришла концепция о стриатуме как важнейшем интегративном центре. Исследования последних лет показали участие структуры не только в реализации той или иной двигательной реакции, но и ее заинтересованность в формировании программы целостного поведенческого акта [47, 50, 95, 109, 112, 141, 144]. Изменение нейронной активности ядра при поступлении разномодальных сигналов на стадии афферентного синтеза свидетельствует о его важной роли в процессах сенсомоторной интеграции [35, 80, 100, 105, 125, 283]. Кроме того, по современным представлениям стриатум участвует в регуляции вегетативных функций, обучения, памяти [143, 166, 330, 356].

Наряду с этим, последние исследования позволяют отнести стриатум и к числу экстрагипоталамических структур, осуществляющих регуляцию функциональной активности гипоталамо-гипофизарно-надпо-чечниковой системы (ГГНС) и обеспечивающих интеграцию разных звеньев стрессорной реакции [2, 171]. Это позволяет думать о возможной роли взаимодействия стриатума и ГГНС в регуляции адаптивного поведения. При этом стриатум, видимо, может выполнять роль связующего звена между программой двигательного ответа и его гормональным обеспечением.

Стриатум имеет двусторонние моносинаптические связи с гипоталамусом [82, 109, 248]. Это дает основание предполагать его способность регулировать функциональную активность ГГНС. В пользу этого свидетельствует и обнаружение в стриатуме значительного количества кортиколибериновых [326,360] и кортикостероидных рецепторов [53,124].

Вместе с тем, до сих пор не ясен характер взаимоотношений между нигро-стриатной и гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системами. В связи с этим представлялось важным изучить, какую роль играет взаимосвязь этих систем для обеспечения адаптивной регуляции поведения.

Цель и основные задачи исследования

Целью настоящей работы явилось изучение роли взаимодействия стриатума и ГГЫС в процессах управления адаптивным поведением. В соответствии с этим были определены следующие задачи:

оценить функциональную активность периферического звена ГГНС - коры надпочечников и адаптивное поведение крыс после электролитического разрушения различных отделов стриатума;

оценить динамику изменения функционального состояния надпочечников и адаптивного поведения у стриатэктомированных (СЭ) крыс при действии острого и хронического эмоционально-болевого стресса;

определить характер изменений гормонального статуса и адаптивного поведения СЭ крыс в ответ на одностороннюю адреналэктомию (АЭ);

изучить характер влияния избытка и дефицита глюко-кортикоидов на функциональную активность стриатума с применением моделей апоморфиновой стереотипии, галоперидоловой каталепсии и переделки направления избегательного ответа в У-образном лабиринте.

Научная новизна

Впервые было изучено изменение функциональной активности надпочечников и тревожно-фобического статуса крыс после электролитического повреждения стриатума. Исследована динамика гормональных и поведенческих сдвигов при остром и хроническом стрессе у СЭ крыс. Получены новые данные о различном вкладе дорсальных и вентро-каудальных отделов стриатума в организацию ответа на стресс.

Установлено, что после СЭ не происходит своевременного торможения стресс-реакции, что приводит к быстрому истощению надпочечниковой функции и грубым поломкам адаптивного поведения при хроническом стрессировании. Впервые обнаружено нарушение развития компенсаторной гипертрофии сохранного надпочечника в ответ на унилатеральную АЭ у крыс с деструкцией дорсальных отделов стриатума.

На моделях галоперидоловой каталепсии и апоморфиновой стереотипии удалось установить, что умеренное изменение содержания глюкокортикоидов в ту или иную сторону активирует дорсальные отделы стриатума. В то же время, при введении больших доз гидрокортизона происходит ги-перактивация вентральных отделов хвостатого ядра. Кроме того, изменение функционального состояния надпочечников оказывает влияние на перестройку избегательного навыка у крыс в У-образном лабиринте.

Результаты исследования позволили предположить

заинтересованность стриатума в регуляции деятельности ГГНС по механизму обратной связи, а также в интеграции всех звеньев стрессорной реакции.

Положения, выносимые на защиту

1. Повреждение стриатума приводит к нарушению процессов регуляции функциональной активности ГГНС.

2. Выявляется функциональная гетерогенность стриатума в управлении функцией ГГНС. Повреждение вентральных отделов ядра приводит к грубым нарушениям гормонального и поведенческого ответа на стрессорное воздействие. В свою очередь, деструкция дорсальных его отделов ослабляет компенсаторную реакцию на одностороннюю АЭ.

3. Изменение баланса кортикостероидов, в свою очередь, может модулировать функциональную активность стриатума благодаря усилению либо ослаблению дофаминергической передачи в нигро-стриатной системе.

4. Стриатум является важной стресс-протективной структурой, ограничивающей излишнюю реакцию организма на стресс. При этом он осуществляет интеграцию поведенческого ответа и его гормонального обеспечения.

Научно-практическая значимость

Полученные данные расширяют представления об общих закономерностях развития адаптационного ответа на стрессорное воздействие и участие в этих процессах экстрагипоталамических структур. Результаты исследования указывают на возникновение существенных нарушений в функционировании ГГНС в условиях стресса при разрушении стриатума. При этом стриатум является мишенью для сигналов отрицательной обратной связи в процессе регуляции функциональной активности ГГНС.

Проведенное исследование подтверждает и то, что стриатум, участвуя в регуляции высших психических функций, может также выполнять роль связующего звена между программой двигательного поведения и его эндокринным обеспечением.

Полученные факты позволили расширить сложившиеся ранее представления о функциональной гетерогенности стриатума. Установлено, в частности, что вентро-каудальные отделы ядра обеспечивают ограничение чрезмерной активации ГГНС в ответ на стресс. Роль дорсальных отделов определяется их заинтересованностью в регуляции симпатического тонуса и способностью ограничивать активность вентро-каудальных зон ядра.

Кроме того, показана способность глюкокортикоидов модулировать фармакологические эффекты агонистов и антагонистов дофамина, что подтверждает влияние кортикостероидных гормонов на функциональную активность стриатума.

Материалы, изложенные в диссертации, нашли применение в учебном процессе на кафедре анатомии, физиологии и гигиены человека

СГУ в курсах физиологии человека и животных, физиологии центральной нервной системы, валеологии.

Апробация диссертации

Материалы диссертации доложены на VIII Международном симпозиуме «Эколого-физиологические проблемы адаптации» (Москва, 1998), IV Международной конференции "Циклы в природе и обществе" (Ставрополь, 1996), XVII Съезде физиологов России (Ростов-на-Дону, 1998), Всероссийской научной конференции «От materia medica к современным медицинским технологиям» (Санкт-Петербург, 1998), научной конференции «Физиологические исследования молодых ученых Северо-кавказского региона» (Ростов-на-Дону, 1995), региональной научно-практической конференции «Биосфера и человек» (Майкоп, 1997), научных конференциях «Проблемы развития биологии на Северном Кавказе» (Ставрополь, 1995-1998), заседаниях Ставропольского краевого общества фармакологов (1995, 1997), заседаниях научно-методического семинара кафедры анатомии, физиологии и гигиены человека СГУ (1995-1998).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 11 работ.

Структура диссертации.

Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, двух глав результатов, обсуждения, выводов и библиографического указателя, включающего 184 отечественных и 200 иностранных источников. Диссертация изложена на 195 страницах текста, содержит 17 таблиц и иллюстрирована 22 рисунками.

ГЛАВА 1. УЧАСТИЕ СТРИАТУМА В РЕГУЛЯЦИИ АДАПТАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ В ОРГАНИЗМЕ

(обзор литературы)

1.1. Морфофункциональные особенности стриатума

Стриатум, включающий хвостатое ядро и скорлупу,- это парное образование, расположенное в толще белого вещества переднего мозга. Он анатомически и функционально связан с бледным шаром (паллидумом). А.Капперс [278] предложил называть хвостатое ядро и скорлупу неостриатумом, а палли-дум, как филогенетически более древнюю структуру, палеостриатумом.

Основным компонентом стриатума является хвостатое ядро [19]. В его формировании принимали участие различные образования мозга, неоднозначные в структурно-функциональном отношении. Так, показано, что неостриар-ная область различных животных имеет двойное происхождение, развиваясь частично из основания мозга и частично из мантии, отражением чего является существование в хвостатом ядре разнящихся по ряду признаков вентральной и дорсальной частей [273, 278, 355]. Вентральная часть входит в состав медиальной стенки полушария, связана с nucleus accumbens и находится в тесной связи с обонятельным бугорком. Дорсальная часть - производное латерального края первичного плаща и тесно связана с корой мозга [273].

Стриатум имеет обширные афферентные и эфферентные моносинапти-ческие связи с большим числом мозговых структур. Особое значение имеют связи хвостатого ядра с корой больших полушарий. Наибольшее число корти-кофугальных проекций возникает от соматосенсорной и моторной зон коры -ростральных ее отделов [282]. Н.Росвольд [346] показал, что фронтальная кора и головка хвостатого ядра имеют сходные функции, регулирующие актив-

ность моторной системы Предполагалось, что функциональная неоднородность стриатума зависит от особенностей распределения кортикокаудатных связей [230, 320, 379]. В последние годы сформулировано положение о двух кортикостриатных системах: дорсальной и вентральной. Дорсальная система, берущая начало от дорсолатеральной коры, через передний дорсальный сегмент хвостатого ядра направляется к субталамическому ядру и далее в гиппо-камп. Вентральная система волокон выходит из орбитальной коры и через вентральные участки хвостатого ядра и медиальный паллидум идет к талами-ческим ядрам [19, 141].

Кроме того, описаны двусторонние связи стриатума с рядом таламиче-ских ядер, гипоталамусом, ядерными образованиями среднего и заднего мозга [19, 55, 109, 110, 111, 141, 143]. При этом общей характерной чертой является в целом преобладание афферентных связей над эфферентными [19].

Важную роль в функционировании хвостатого ядра играет его взаимосвязь с черной субстанцией среднего мозга, что позволяет объединить эти структуры в единую нигро-стриатную систему [109, 235]. При этом считается, что черная субстанция осуществляет сдерживающий контроль над функциональной активностью стриатума при участии дофамина (ДА) [4, 257, 289, 332, 384]. Высокое содержание ДА в хвостатом ядре является отличительной чертой его нейрохимической организации. Наряду с дофамином, медиаторами в стриатуме также служат ацетилхолин [267, 303, 371], серотонин [193, 310], ГАМК [262, 269, 323], субстанция Р [199, 204, 234, 365].

Наличие обширных двусторонних связей стриатума со всеми отделами головного мозга обеспечивает его участие в регуляции различных процессов жизнедеятельности.

1.2. Участие стриатума в регуляции поведения

В настоящее время уже пересмотрен взгляд на стриатум как исключительно моторное ядро, и выделяются следующие его функции: - регуляция двигательных актов;

участие в высших интегративных процессах. Факт участия неостриарных образований в организации разнообразных двигательных актов не вызывает сомнений. Как ведущая часть экстрапирамидной системы они могут активно влиять на деятельность нижележащих центров, регулирующих моторные системы, оказывая, в частности, тормозящий эффект. В то же время неостриатум, получая обширную информацию практически от всех сенсорных систем и от многих кортикальных полей, участвует в формировании и реализации простых и сложных программ двигательного условного и безусловного поведения.

Хвостатое ядро традиционно включалось в экстрапирамидную систему, так как последствия каудатной патологии проявлялись, прежде всего, в сложных двигательных нарушениях. Клинико-патологические исследования на человеке и результаты экспериментов на животных свидетельствуют о важной роли базальных ганглиев в регуляции движения и позы [242, 274, 308]. В�