Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Стрессореактивность и стратегия поведения крыс

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, доктора биологических наук, Жуков, Дмитрий Анатольевич, Москва

/ ■/ » «у «/ 4«/ л > V " Г МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

На правах рукописи УДК: 591.51 +561.445+577.4+152.23

ЖУКОВ ДМИТРИЙ АНАТОЛЬЕВИЧ

СТРЕССОРЕАКТИВНОСТЬ И СТРАТЕГИЯ ПОВЕДЕНИЯ КРЫС

03.00.13 - физиология человека и животных

Диссертация на соискание ученой степени доктора биологических наук

X П

Научный консультант -докт. биол. наук И.И.Полетаева

Москва 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение ...................................................................................................................4

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ ..................................................................................12

1.1. Теория стресса ....................................................................................... 12

1.1.1. Эндокринный стрессорный ответ................................................13

1.1.2. Поведенческий стрессорный ответ............................................20

1.1.3. Стресс и психические особенности стимула..............................24

1.1.4. Эндокринное обеспечение поведения ........................................28

1.2. Тревога и депрессия...............................................................................33

1.2.1. Тревога и депрессия в связи с теорией стресса........................34

1.2.2. Гипофиз-адреналовая система при депрессии и тревоге..........44

1.2.3. Экспериментальные модели тревоги и депрессии.....................47

1.3. Генетические детерминанты избегательного поведения.........................56

1.3.1. Линии крыс, селектированные по скорости выработки активного избегания............................................................................58

1.3.2. Линии крыс, селектированные по другим признакам .................65

Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ................................................69

2.1. Животные ...............................................................................................69

2.2. Стрессирующие процедуры....................................................................71

2.2.1. Выработка выученной беспомощности......................................71

2.2.2. "Информационный невроз" ........................................................71

2.3. Поведенческие тесты..............................................................................73

2.3.1. Тест открытое поле....................................................................73

2.3.2. Определение тревожности в приподнятом

крестообразном лабиринте .................................................................73

2.3.3. Двустороннее активное избегание.............................................73

2.3.4. Пассивное избегание................................................................74

2.4. Биохимические тесты.............................................................................74

2.4.1. Тестирование гипофиз-адреналовой системы............................74

2.4.2. Определение кортикостерона в плазме крови...........................76

2.4.3. Определение количества рецепторов

кортикостероидных гормонов..............................................................77

2.4.4. Иммуногистохимическое определение вазопрессина и

окситоцина...........................................................................................78

2.5. Статистическая обработка результатов..................................................79

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Глава 3. ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ И ЭНДОКРИННЫЕ РЕАКЦИИ АУТБРЕДНЫХ КРЫС.........80

3.1. Социальный ранг крыс с различными стратегиями поведения................97

Глава 4. ПОВЕДЕНИЕ КРЫС ЛИНИЙ КНА и KLA................. ....................................103

Глава 5. КОРТИКОСТЕРОН У КРЫС ЛИНИЙ КНА и KLA.......................................... 123

Глава 6. КОРТИКОСТЕРОИДНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ У КРЫС ЛИНИЙ КНА и KLA............ 131

Глава 7. ВАЗОПРЕССИН И ОКСИТОЦИН У КРЫС ЛИНИЙ КНА и KLA..................... 137

Глава 8. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ .................................................................... 146

8.1. Пассивная и активная стратегии приспособления................................. 146

8.2. Стратегия приспособления и избегаемость ситуации...........................156

8.3. Морфологический и эндокринный субстраты стратегии

приспособления.......................................................................................... 171

8.3.1. Гиппокамп................................................................................ 171

8.3.2. Вазопрессин............................................................................ 178

8.4. Биологическое значение двух стратегий приспособления.................... 181

8.5. Заключение........................................................................................... 190

ВЫВОДЫ............................................................................................................... 195

БЛАГОДАРНОСТИ.................................................................................................. 197

ЛИТЕРАТУРА .......................................................................................................... 198

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Взаимодействие организма с многообразными факторами внешней среды делает постоянной задачу приспособления к ним, а проблему адаптации организма одной из самых актуальных в медико-биологических науках.

Реакция организма зависит от типа воздействия, и индивидуальных особенностей особи. Занимаясь проблемой нервной регуляции пищеварения, И.П.Павлов пришел к выводу, что висцеральные реакции организма обусловлены типом психики животного. В дальнейшем оказалось, что, если не предварять аверсивное воздействие условным сигналом, и создать условия, когда животное не может избежать или предотвратить его, то часто происходит срыв высшей нервной деятельности. Таким образом, формирование либо адаптивной реакции (условного рефлекса), либо патологического состояния (невроза), зависит как от психических особенностей животного (или человека), так и от избегаемости ситуации.

Ганс Селье подчеркнул роль гормонов в формировании адаптивных реакций организма, интегративная организация которых, разрабатывалась и продолжает разрабатываться многими исследователями (Анохин, 1968; Батуев, 1981; Кассиль, 1987; Крушинский, 1960; Меерсон, 1981; Семенова, 1997; Симонов, 1981, 1987; Слоним, 1976; Судаков, 1981, 1995; Чепурнов, Чепурнова, 1985). При процессах адаптации к меняющимся условиям внешней среды имеет место тесное взаимодействие поведенческого и эндокринного компонентов стрессорного ответа организма (Лопатина, Пономаренко, 1987; Науменко и др., 1981; Bohus et ai., 1987; Henry, Steffens, 1977; McEwen et al., 1990). Принципиально важным является то, что реакция животного зависит от реализуемой стратегии поведения (Жуйков, 1995; Никольская и др., 1995; Панов, 1983; Хоничева, Касимовская, 1995; Bohus et al., 1987), которая определяется, главным образом, генетическими факторами и средовыми влияниями в раннем онтогенезе. Изучение реакций животных с генетически детерминированными формами поведения на аверсивное воздействие способствует пониманию закономерностей формирования патологических состояний, либо, напротив, резистентности организма к эмоциогенным воздействиям

(Давиденков, 1947; Колпаков, 1985; Корочкин и др.,1993; Полетаева, 1998; Попова и др., 1996; Кудрявцева, 1991; Ширяева и др., 1982; Driscoll, Battig, 1987; Overstreet, 1993; Pare, 1994; Nagase, Brush, 1986).

Гормональные влияния, возникающие, в частности, после стрессорного воздействия, могут явиться причиной развития патологии - и психической, и соматической. Со времен Селье ведущей гормональной системой стрессорного ответа организма считается гипофиз-адреналовая система. При этом весьма существенно, что каждый из гормонов гипофиз-адреналовой системы кортиколиберин, АКТГ, вазопрессин, окситоцин, глюко- и минералокортикоиды -модулируют различные формы поведения человека и животных, а также влияют на психическое состояние человека. Поэтому при изучении любых аспектов проблемы стресса невозможно обойти вниманием гормоны гипофиз-адреналовой системы, секреция которых резко меняется при стрессе. Основной прогресс со времен Селье в теории стресса состоит в том, что было показано, что стрессорная реакция, сохраняя некоторый черты неизменными (активация гипофиз-адреналовой системы), зависит от типа воздействия.

Наиболее интересным является различие между реакциями на физическое воздействие с разной эмоциональной окраской, наример, при неизбегаемой и избегаемой ситуации. Оказалось, что отсутствие возможности избежать, или же избавиться от аверсивного воздействия приводит к сильным изменениям в поведении и в висцеральной сфере по сравнению с животными, которые подвергались такому же воздействию, но могли контролировать ситуацию, т.е. избежать или избавиться от воздействия. Таким образом, не само аверсивное воздействие, а его неотвратимость обладает максимальным эффектом. Состояние выученной беспомощности, развивающееся после неизбегаемого аверсивного воздействия, характеризуется многими поведенческими, биохимическими, нейрофизиологическими и висцеральными реакциями, типичными для депрессивного и тревожного состояния человека (Weiss, 1968; Anisman, Zacharko, 1990). Поэтому состояние выученной беспомощности широко используется для скриннинга новых психотропных препаратов, так и для изучения патогенеза аффективных расстройств.

Однако проблема взаимодействия фактора контролируемости, в частности избегаемости/неизбеагемости стрессорной ситуации со стратегией приспособления животного (или человека) остается мало исследованной. Только отдельные работы имеются по эндокринным аспектам этой проблемы.

Цель и задачи исследования. Цель данной работы - исследование поведенческих и эндокринных реакций крыс с противоположной стратегией приспособительного поведения в условиях неизбегаемого аверсивного воздейстивия.

Задачи исследования состояли в следующем:

1. Изучить поведение в челночной камере и в открытом поле аутбредных крыс Вистар, в разные сроки после неизбегаемого и избегаемого электро-кожного болевого раздражения.

2. Изучить реактивность гипофиз-адреналовой системы у аутбредных крыс Вистар, подвергнутых неизбегаемому стрессорному воздействию, для чего определить уровень кортикостерона в плазме крови в состоянии покоя, после стресса и после нагрузки дексаметазоном.

3. Определить социальный ранг у аутбредных крыс с пассивной и активной стратегией поведения и изучить активность гипофиз-адреналовой системы у аутбредных крыс с различным социальным рангом.

4. Провести анализ различных форм поведения крыс линий КНА и КЬА -двигательной и исследовательской активности, условно-рефлекторной неподвижности, способности к выработке пассивного избегания, уровня тревожности - в покое и после избегаемого и неизбегаемого стрессорного воздействия.

5. Изучить влияние избегаемого и неизбегаемого стрессорного воздействия на уровень кортикостерона в плазме крови в покое, после стресса и после нагрузки дексаметазоном у крыс линий КНА и К1_А в утренние и вечерние часы, а также на количество кортикостероидных рецепторов в гипофизе и гиппокампе у крыс линий КНА и К!_А в утренние и вечерние часы.

6. Провести иммуно-гистохимический анализ экстрагипоталамических, передне- и задне-гипофизарных вазопрессин- и окситоцинергических систем у крыс линий КНА и К1_А до и после неизбегаемого стрессорного воздействия.

Основные положения выносимые на защиту.

1. Только неизбегаемое стрессорное воздействие, в отличие от избегаемого, и только у животных с активной стратегией приспособительного поведения приводит к устойчивым нарушениям поведения и регуляции гипофиз-адреналовой системы, истощению пула кортикостероидных рецепторов в гиппокампе и активации вазопрессин- и окситоцинергических систем.

2. У крыс с пассивной стратегией поведения реакция на болевое воздействие не зависит от возможности избегнуть или избавиться от стрессорного воздействия, при этом поведенческие и эндокринные реакции незначительно меняются по сравнению с реакциями интактных животных.

3. Крысы с пассивной стратегией приспособления имеют ранг субдоминантов, а не субмиссивных особей.

4. Устойчивость животного к повреждающему воздействию определяется взаимодействием, по крайней мере, двух факторов: стратегией приспособительного поведения и возможностью избежать или избавиться от стрессорного воздействия.

Научная новизна. Основные результаты, полученные в работе, являются приоритетными.

Впервые показано, что у аутбредных крыс Вистар неизбегаемое стрессорное воздействие приводит к возникновению и поведенческого дефицита и нарушения торможения гипофиз-адреналовой системы по механизму отрицательной обратной связи, которое сохраняется, по крайней мере трое суток. При этом, установлено, что нарушается циркадный ритм гипофиз-адреналовой системы. Базальный уровень кортикостерона в крови в утренние часы повышается после неизбегаемого стрессорного воздействия, а в вечерние часы, во время циркадного максимума активности гипофиз-адреналовой системы, не отличается от уровня интактных животных. Несмотря на неизменный уровень кортикостерона в вечерние часы, чувствительность к дексаметазону резко снижена у животных, подвергнутых неизбегаемому стрессорному воздействию. Таким образом, показана взаимная независимость механизмов торможения и активации гипофиз-адреналовой системы. У крыс с ослабленной чувствительностью гипофиз-адреналовой системы к сигналам обратной связи в результате неизбегаемого стрессорного воздействия повышено

содержание вазопрессина в крови. Это может отражать переключение регуляции гипофиз-адреналовой системы на парааденогипофизарный путь.

Установлено, что возможность агонистических контактов во время неизбегаемого стрессорного воздействия препятствует развитию как поведенческого дефицита, так и нарушению чувствительности гипофиз-адреналовой системы к сигналам обратной связи. Таким образом возможность активного поведения во время неизбегаемого стрессорного воздействия, формируя субъективное ощущение контролируемости ситуации, обладает стресс-протективным эффектом.

Впервые установлено, что поведение крыс линии КНА, которое, на основании различных тестов, может быть охарактеризовано как активная стратегия поведения, меняется после неизбегаемого стрессорного воздействия, формируя типичную картину выученной беспомощности. В то же время, поведение крыс К1_А с пассивной стратегией приспособительного поведения меняется незначительно после неизбегаемого стрессорного воздействия. Существенно, что после избегаемого стрессорного воздействия, поведение крыс КНА с активной стратегией поведения не отличается от поведения интактных животных, тогда как поведение крыс К1_А с пассивным поведением меняется одинаково после как неизбегаемого, так и после избегаемого стрессорного воздействия. Изменение уровня тревожности после неизбегаемого стрессорного воздействия разнонаправленно у крыс двух линий -тревожность возрастает у крыс К1А и снижается у крыс КНА.

Впервые показано, что неизбегаемое стрессорное воздействие приводит к качественным различиям в реакциях гипофиз-адреналовой системы у крыс с противоположными стратегиями поведения. У крыс К1_А происходит повышение базального уровня и снижение стрессорного уровня кортикостерона в плазме крови, а реакция на дексаметазон сохраняется такой же, как у интактных животных. В то же время у крыс КНА и базальный и стрессорный уровни кортикостерона не отличаются от значений интактных животных, однако ослабляется торможение секреции кортикостерона после введения дексаметазона. Таким образом, гипофиз-адреналовая система после неизбегаемого стрессорного воздействия сохраняет согласованность своего функционирования у крыс К1_А, поведение которых мало меняется после неизбегаемого стрессорного воздействия, в то же время у крыс КНА,

исчезает согласованность реагирования гипофиз-адреналовой системы на тормозные и возбуждающие сигналы. Впервые показано, что возможный механизм рассогласования работы гипофиз-адреналовой системы - снижение связывающей

способности кортикостероидных рецепторов в гиппокампе - имеет место только у

\

крыс КНА. У крыс КНА только неизбегаемый, но не избегаемое стрессорное воздействие приводит к двукратному снижению числа кортикостероидных рецепторов в гиппокампе. У крыс К1_А оба вида стрессорного воздействия незначительно повышают число кортикостероидных рецепторов в гиппокампе.

Таким образом, впервые продемонстрировано, что фактор избегаемости аверсивного воздействия играет противоположную роль в стрессо-устойчивости организма в зависимости от стратегиями приспособительного поведения особи. У активных крыс КНА развивается патология приспособительного поведения и гипофиз-адреналовой системы, а пассивные крысы К1_А устойчивы к действию как избегаемого, так и неизбегаемого стрессорного воздействия.

Впервые охарактеризованы, с помощью иммуногистохимического метода системы вазопрессина и окситоцина в гипоталамусе и нейрогемальных органах -задней доле гипофиза и наружной зоне срединного возвышения. У интактных животных активность вазопрессин- и окситоцинергических систем выше у крыс К1А После неизбегаемого стрессорного воздействия у крыс КНА активируются вазопрессин- и окситоцинергические системы, а реактивность крыс К1_А значительно ниже.

Теоретическое и практическое значение работы. Полученные в работе данные о роли фактора избегаемости в зависимости от генетически детерминированной стратегии поведения важны для разработки теории и практики устойчивости к стрессорным воздействиям. Разнонаправленные изменения в поведении и в эндокринной сфере, при возможности контроля аверсивного воздействия и в его отсутствии, свидетельствуют о разных механизмах адаптации у крыс с разной стратегией поведения.

Особый интерес и важность представляют