Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Сверхмедленные физиологические процессы голубого пятна (Locus coeruleus) и фронтального неокортекса головного мозга крыс в состоянии покоя и при стрессорных воздействиях

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Сверхмедленные физиологические процессы голубого пятна (Locus coeruleus) и фронтального неокортекса головного мозга крыс в состоянии покоя и при стрессорных воздействиях"

ЯРОСЛАВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. К.Д. УШИНСКОГО

на правах рукописи

ФИЛИППОВ Игорь Владимирович

СВЕРХМЕДЛЕННЫЕ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОЛУБОГО ПЯТНА (LOCUS COERULEUS) И ФРОНТАЛЬНОГО НЕОКОРТЕКСА ГОЛОВНОГО МОЗГА КРЫС В СОСТОЯНИИ ПОКОЯ И ПРИ СТРЕССОРНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЯХ

03.00.13 - физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

ЯРОСЛАВЛЬ ■ 1997

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии Ярославской государственной медицинской академии.

Научный руководитель:

доктор биологических наук, профессор, лауреат государственной премии СССР, руководитель лаборатории физиологии состояний головного мозга и организма человека, Института мозга человека, РАН г. Санкт - Петербург, ВАИлюхина.

Официальные оппоненты: доктор медицинских наук, профессор Е. А. Григорьева, доктор медицинских наук, профессор В. П. Михайлов.

Ведущая организация: Санкт-Петербургский государственный университет.

Защита состоится •10 " Ц-КН-иЯ_1997 г. в " часов на

заседании диссертационного совета К 113.27.03 в Ярославском государственном педагогическом университете им. К.Д. Ушинского (150000, г. Ярославль, ул. Республиканская, 108).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ярославского государственного педагогического университета им. К.Д. Ушинского.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

Л.Г. Зайцев

Актуальность проблемы. Исследованию роли ретикулярной формации в механизмах регуляции нормальных и патологических функциональных состояний головного мозга животных и человека посвящено большое количество работ, начиная с классических исследований G. Magoun (1961,1965). В последние годы внимание исследователей сосредоточено на изучении таких филогенетически древних стволовых образований, как ядра шва, черное вещество, голубое пятно (Белова и сотр, 1980; Кратин, Сотниченко, 1987; Moore, 1987). Как известно, голубое пятно (locus coeruleus) -является одним из центральных звеньев внутримозговой норадренергической (НА) системы (Буданцев, 1976; Ханбабян, 1981; Foote et al., 1983; Donnan et al., 1989). Показано наличие широкодивергентной сети моносинаптических терминалей от голубого пятна (ГП) к различным структурам головного мозга: неокортексу, лимбической системе, стриопаллидарному комплексу, таламусу, гипоталамусу, мозжечку и др. (Буданцев, 1976; Белова и соавт., 1980; Ханбабян, 1981; Кратан, Сотниченко, 1987; Amaral, Sinnamon, 1977; Foote et al., 1983; Lookingland et al., 1991; Petrov et al., 1993), при этом полагают, что фронтальный неокортекс - одна из главных мишенией терминалей ГП (Лиманский, 1987; Amaral, Sinnamon, 1977; Foote et al., 1983). В современных исследованиях обсуждается многогранность регуляторных функций ГП в интегративной деятельности головного мозга, в том числе, его роль в механизмах регуляции церебрального гомеостаза, проницаемости гематоэнцефалического барьера, нейрогуморальной регуляции состояний связанных с ним структур мозга (Белова и соавт., 1980; Raichle et al., 1975; Moufarij, Haric, 1989). Раскрыта ведущая роль ГП, в качестве основного звена интрацеребральной стресс-реапизующей системы (Белова и соавт., 1980, 1983, 1986; Ханбабян, 1981; Судаков, 1981, 1992; Ведяев, Воробьёва, 1983; Юматов и соавт., 1987; Меерсон, Пшенникова, 1989; Белова, Судаков, 1990; Levine et al., 1991; Smith et al, 1991; Tsujimaru et al., 1993; Valentino, Page,

Curtis, 1993). На нейрофизиологическом уровне достаточно подробно изучены особенности функционального состояния ГП и его взаимосвязи с корой и подкорковыми структурами головного мозга с использованием таких показателей, как импульсная активность нейронов, вызванные потенциалы, электросубкортикограмма (ЭсКоГ) (Белова и соавт., 1980; Ханбабян, 1981; Семенютин, 1990; Foote et а!., 1983; Berridge, Foote, 1991; Berridge et al„ 1993).

В настоящее время значительно расширились исследования сверхмедленных физиологических процессов (СМФП) головного мозга животных и человека в условиях длительного (недели, месяцы) щадящего контакта электродов с корой и подкорковыми структурами головного мозга (Аладжалова, 1962; Шуранова, 1969; Русинов, 1969; Бехтерева, 1980; Илюхина, 1977, 1986, 1988, 1990, 19S6; Григорьев, 1982; Бокариус, 1989, 1995 Корнева и соавт., 1990). В этих работах раскрыта тесная связь разных видов СМФП (устойчивый потенциал милливольтового диапазона, минутные, декасекундные, секундные волны) с механизмами нейрогуморальной регуляции нормальных и патологических состояний головного мозга. В некоторых исследованиях показана тесная связь СМФП с различными уровнями метаболизма в ткани головного мозга (Аладжалова, 1962, 1979; Лабори, 1974; Илюхина, 1977, 1986, 1996; Бородкин и соавт., 1979; Швец-Тэнэта-Гурий, 1980, 1986; Швец-Тэнэта-Гурий и соавт., 1990,1989, 1993).

В известной нам литературе отсутствуют исследования СМФП в locus coeruleus в покое и при стрессе, что и послужило предпосылкой для проведения данного исследования.

Целью настоящей работы явилось: исследование сверхмедленных физиологических процессов голубого пятна (locus coeruleus) и фронтального неокортекса головного мозга крыс в покое и в ответ на различного рода стрессорные воздействия в условиях хронического эксперимента.

В число основных задач входило.

1. Исследование особенностей динамики сверхмедленных процессов locus coeruleus и фронтального неокортекса головного мозга в разные сроки после введения в них золотых долгосрочных интрацеребральных электродов.

2. Сравнительный анализ СМФП во фронтальном неокортексе и locus coeruleus головного мозга в состоянии покоя.

3. Исследование направленности и интенсивности изменений различных видов сверхмедпенных процессов во фронтальном неокортексе и locus coeruleus в условиях контактных электрических воздействий на голубое пятно.

4. Изучение влияния острого иммобилизационного стресса на функциональное состояние фронтального неокортекса и locus coeruleus головного мозга стресс-реактивной группы крыс по показателям разных видов СМФП.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. По данным разных видов СМФП locus coeruleus характеризуется высоким уровнем физиологической активности и выраженной вариативностью функционального состояния в покое.

2. Гиперактивация locus coeruleus при воздействии на него различных стрессорных факторов (введение интрацеребральных электродов, локальная контактная электростимуляция, острый иммобилизационный стресс) сопровождается формированием, в этих условиях, общей, неспецифической, интрацеребрапьной системы с вовлечением в неё фронтального неокортекса головного мозга, что находит отражение в общности динамики устойчивого потенциала милливольтового диапазона (омега-потенциала) и минутных (эпсилон-) волн в голубом пятне и фронтальном неокортексе.

Научная новизна исследования.

1. Впервые в условиях хронического эксперимента исследована феноменология разных видов СМФП в locus coeruleus в состоянии покоя.

2. Впервые по данным разных видов сверхмедленных процессов в частотной полосе от 0 до 0,5 Гц описаны различия многокомпонентной реакции ГП и фронтального неокортекса в 1-е сутки после имплантации в них долгосрочных интрацеребральных электродов.

3. Впервые по данным динамики разных видов СМФП определены физиологические эквиваленты высокой функциональной активности и выраженной вариативности функционального состояния голубого пятна в покое.

4. Впервые выделены физиологические эквиваленты включения ГП и фронтального неокортекса в формирование общей, неспецифической адаптационно-компенсаторной реакции при контактной электростимуляции locus coeruleus и в условиях острого иммобилизационного стресса у стресс-реактивной группы крыс.

5. Впервые описана разновременность восстановления функционального состояния голубого пятна и фронтального неокортекса после контактной электростамуляции locus coeruleus, по скорости возвращения к фоновым значениям разных видов СМФП в исследуемых структурах головного мозга, с более поздним восстановлением амплитудно-временных характеристик СМФП в голубом пятне

Научно-практическая значимость работы. С учётом существующих представлений о сходстве принципов строения и функционирования норадренергической системы locus coeruleus головного мозга крысы и человека (Волохов, 1968; Ханбабян, 1981; Курепина, 1981; Оленев, 1987), результаты проведенных экспериментальных исследований могут быть, с

определённой долей уверенности, экстраполированы на человека. В связи с этим, результаты настоящей работы, а также сделанные на их основе обобщения, имеют не только общетеоретическое, но и прикладное значение для понимания роли ГП, филогенетически древнего стволового образования ЦНС, в механизмах регуляции функциональных состояний головного мозга человека и животных в нормальных и патологических условиях. На основании анализа динамики разных видов СМФП получены новые данные об участии locus coeruleus в формировании неспецифической, сложноорганизованной, интрацеребральной системы ответа на стрессор, что позволят глубже понять механизмы и физиологические основы внутрицентральных перестроек и адаптационно-компенсаторных процессов в ткани головного мозга при действии на организм различных стрессорных факторов. Материалы диссертации могут быть использованы в педагогической деятельности на кафедре нормальной и патологической физиология Ярославской государственной медицинской академии (гЯрославль), при составлении учебных руководств и пособий по физиологии головного мозга животных и человека, в научно-исследовательской работе.

Апробация работы и публикации. Материалы диссертации доложены и обсуждены на Всероссийской конференции физиологического общества, РАН (г. Пущино на Оке, 1993 г.); межвузовской научной конференции памяти Заслуженного деятеля культуры России профессора М.Г. Заикиной (г. Ярославль, 1993 г.); Поволжской научной конференции "Экспериментальные и клинические аспекты адаптации микрогемоциркуляции" (г. Ярославль, 1995 г.); межвузовской научной конференции ЯГПУ "Актуальные вопросы физиологии и физической культуры" (г. Ярославль, 1997 г.). По теме диссертации опубликовано 5 печатных работ, отражающих основные положения научного исследования.

Структура и объём диссертации. Диссертация изложена на 144 страницах машинописного текста и состоит из введения; обзора литературы (глава 1); описания материалов и методов (глава 2); изложения результатов исследования и их обсуждения, состоящих из 4 разделов (глава 3); заключения; выводов и списка использованной литературы. Работа проиллюстрирована 20 рисунками и 2 таблицами. Список литературы содержит 266 источников, из которых 103 отечественных и 163 иностранных.

Методика (материалы и методы). Работа проведена на 27 взрослых, нелинейных крысах альбиносах обоего пола с массой 200-280 гр. Все исследования проводились на предварительно адаптированных к условиям эксперимента животных, в экранированной камере, в одно и то же время суток.

Для регистрации разных видов сверхмедленных процессов (СМП) головного мозга в условиях хронического эксперимента применялись долгосрочные золотые интрацеребрапьные электроды, изготовленные из проволоки (98 % золото) диаметром 0,35 - 0,4 мм, длиной от 12 до 17 мм, изолированной по всей длине фторопластом-2, за исключением рабочей поверхности площадью 0,1 - 0,2 кв. мм. В работе использован биполярный способ отведения СМП структур головного мозга при межэлектродном расстоянии 3,0 мм. При этом рострально расположенные электроды подключались к положительной или плюсовой (+), а каудально расположенные к отрицательной или минусовой (-) входным клеммам усилителя. Для усиления и регистрации СМП использовали высокоимпедансные, симметричные, универсальные усилители тока типа УУ-93 (производства ЭПМ НИИЭМ, РАМН) с входным сопротивлением 200 МОм (по постоянному току); дрейфом нулевой линии в полосе частот 0 - 0,5 Гц не

более 5-15 мкВ/час; с полосой усиливаемых частот от 0 до 10 ООО Гц. Запись проводилась на чернильнопишущих самописцах типа 338-8П.

Подготовка животных к эксперименту и схема исследований.

1. Стереотаксическая операция с имплантацией долгосрочных золотых интрацеребральных электродов в исследуемые структуры головного мозга.

Под нембуталовым наркозом (40 мг/кг внутрибрюшинно) в соответствии с системой стереотаксических координат (Pellegrino et al.,1979) в locus coeruleus и фронтальный неокортекс ипсилатерального полушария головного мозга крыс имплантировались 4 золотых долгосрочных интрацеребральных электрода (по 2 в каждую структуру). После окончания исследований проводился морфологический контроль локализации электродов в исследуемых структурах головного мозга.

2. В соответствии с задачами настоящей работы, было проведено 4 серии исследований, которые включали.

- Регистрацию разных видов СМП голубого пятна и фронтального неокортекса в первые сутки после имплантации в них электродов (спустя 3 часа после имплантации электродов и выхода животного из состояния наркоза) и далее ежедневно, в течение всего послеоперационного периода, до стабилизации состояния периэлектродных областей (первые 14 суток от момента операции). Всего проведено 378 исследований у 27 животных.

- Регистрацию спонтанной динамики СМФП голубого пятна и фронтального неокортекса головного мозга крыс в состоянии покоя, в период от 15 до 30 суток после проведения стереотаксической операции. Всего проведено 162 исследования у 27 животных.

- Регистрацию СМП locus coeruleus и фронтального неокортекса после контактной электростамуляции locus coeruleus импульсными током. В эту серию исследований брали животных по прошествии не менее 14 суток с момента имплантации электродов. При помощи электростимулятора типа ЭС-

50-1, проводили сеанс контактной электростимуляции (ЭС) locus coeruleus импульсным током следующих параметров - частота 150 Гц, амплитуда 3,5-4 В (70-120 мкА), длительность импульса 0,5 мсек; частота предъявления 0,3 сек; продолжительность 5 секунд. С последующей регистрацией сверхмедленной активности в голубом пятне и фронтальном неокортексе спустя 1-2 мин после ЭС и далее в течение 8 часов с момента электрического воздействия. Всего проведено 162 исследования у 27 животных.

- Регистрацию динамики СМФП locus coeruleus и фронтального неокортекса головного мозга стресс-реактивной группы крыс в период острого (1 час) однократного экспериментального иммобилизационного стресса по методике подробно описанной в работе Т.И. Беловой и сотр. (1983). Всего проведено 81 исследование у 27 животных.

При анализе разных видов СМП головного мозга в настоящей работе выделяли следующие показатели: знак и величину устойчивой разности (градиента) потенциала милливольтового диапазона (омега-потенциала); устойчивость абсолютных значений этих показателей в течение 30 мин исследования; пределы вариабельности этих показателей у разных животных в сходных условиях наблюдения при повторных многократных исследованиях. Анализировали форму, регулярность и амплитудно-временные характеристики разных видов сверхмедленных колебаний потенциалов (СМКП): устойчивость выявления секундных, декасекундных, минутных СМКП (дзета-, тау-, эпсилон-волн) (Илюхина, 1977,1986; Бокариус, 1995). Для выделенных фрагментов записей различных видов сверхмедленных процессов, в каждой серии исследований, определяли средние арифметические значения и ошибку среднего (М±т) для периода и амплитуды СМКП или величины градиента устойчивого потенциала милливольтового диапазона (омега-потенциала). Применялся гистограмный метод с построением гистограмм распределения периода СМКП и

абсолютных значений градиента устойчивого потенциала милливольтового диапазона. В качестве дополнительного показателя вегетативной реакции животных на стрессорные воздействия использовали изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС). Данные регистрации ЭсКоГ голубого пятна и ЭКоГ фронтального неокортекса в частотной полосе от 0,5 до 30 Гц, использовались в настоящей работе, в качестве вспомогательных показателей функционального состояния исследуемых структур головного мозга в различных условиях наблюдения (Жирмунская и соавт., 1984; Жирмунская, 1989; Омельченко и соавт., 1989).

Статистический анализ полученных результатов включал определение средних значений (М+т) для периода и амплитуды разных видов СМКП; корелляционный анализ, с вычислением коэффицента линейной корелляции, по среднему периоду и амплитуде колебаний. Определение достоверности внутригрупповых и межгрупповых различий осуществляли по критэрию Стьюдента (Урбах, 1975). Для статистического анализа использовался аппаратурно-програмный комплекс на базе IBM совместимого PC 486 \ DX2 со стандартным пакетом программ STADIA ver. for MS-DOS.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

1.) Динамика разных видов СМП исследуемых структур головного мозга в первые сутки после имплантации электродов.

Обобщение результатов исследований СМП в locus coeruleus и фронтальном неокортексе позволило выделить следующие основные закономерности их динамики в 1 сутки (спустя 3 часа) после операции имплантации электродов в исследуемые структуры головного мозга.

В эти сроки послеоперационного периода обнаружена выраженная нестабильность градиента потенциала милливольтового диапазона в обеих

структурах мозга в виде плавного дрейфа в ГП (до -100 мВ) и резких скачкообразных сдвигов во фронтальном неокортексе (от -20 до +60 мВ).

При этом, в ГП наблюдали высокоустойчивые, регулярные, "пилообразные" СМКП секундного и декасекундного диапазонов ("пилообразный ритм") с периодом (Т) 4-6 и 20-30 сек (местная или локальная реакция на механическое воздействие).

В те же сроки послеоперационного периода в ГП и фронтальном неокортексе выявлены сходные по периоду (Т = 30-60 сек), полиморфные, регулярные, устойчивые СМКП декасекундного диапазона (общая неспецифическая реакция исследуемых структур головного мозга на механическое воздействие).

В тех же условиях наблюдения в ГП регистрировались регулярные, высокоамлитудные (до 3,5 мВ), синусоидальные минутные волны с Т = 1-3 мин.

Обнаруженая в наших исследованиях неустойчивость градиента потенциала милливсльтового диапазона, в исследуемых структурах мозга в первые часы после введения в них интрацеребрапьных электродов, сопоставима с существующими данными о поляризационных процессах, связанных с нанесением локального механического раздражения (Илюхина,1977, 1981, 1986).

Наблюдаемые нами особенности динамики СМКП в первые часы после имплантации электродов в ГП и фронтальный неокортекс, раскрывают сложный характер реакции, развивающейся в ответ на механическое воздействие в области locus coeruleus - одного из главных НА-ергических стволовых образований, входящего в стресс-реализующую систему ЦНС и морфо-функционапьно тесно связанной с этим ядром лобной коры (Буданцев, 1976; Белова и соавт., 1980; Кратин, Сотниченко, 1987; Лиманский, 1987). Это нашло подтверждение в обнаружении двух типов реакций:

местной, эквивалентом, которой являлось возникновение высокоамплитудного регулярного, устойчивого, "пилообразного" ритма с Т = 46 и 20-30 сек в ГП;

- общей неспецифической реакции ГП и фронтального неокортекса, в виде доминирования сходных, полиморфных, по характеру, СМКП, с преобладанием регулярных колебаний потенциалов с Т = 30-60 сек в обеих изученных структурах головного мозга.

Результаты наших исследований сопоставимы с ранее описанными в работе В.Б. Бокариуса (1995) для гипоталамуса и СА2-области гиппокампа. Локальная реакция сверхмедленных процессов ГП, в ответ на введение интрацеребральных электродов, наблюдалась нами только у 7 исследуемых животных. Что, по-видимому, было тесно связано с развитием местных реактивно-компенсаторных процессов в ответ на частичное механическое повреждение locus coemleus, как высоковозбудимого образования ЦНС. В этой связи, механическое раздражение ГП в первые часы после имплантации интрацеребральных электродов в эту структуру может приводить и к её гиперактивации, способствующей развертыванию общей, неспецифической, нейрогуморальной реакции. Это предположение соответствует современным представлениям о способности стресс-реализующих систем головного мозга осуществлять распознавание стрессорного стимула и запускать ответную, общую, неспецифическую реакцию в различных структурах головного мозга (Фурдуй, 1986; Хайдарлиу, 1989).

2.) Динамика разных видов СМП исследуемых структур головного мозга в разные сроки послеоперационного периода.

Анализ полученных результатов позволил выделить критические сроки в сдвигах динамики разных видов СМКП и потенциала милливольтового диапазона в ГП и фронтальном неокортекса после имплантации в них

интрацеребральных электродов (2-3; 4-7; 8-10; 11-14 сутки с момента стереотаксического вмешательства). Выделены два основных факта, имеющих наиболее существенное значение, в плане интерпретации результатов исследования динамики функционального состояния ГП и фронтального неокортекса в разные сроки послеоперационного периода.

1. Существенное увеличение амплитуды (более чем в 2 раза) регулярных секундных колебаний потенциалов (с Т = 8-12 сек) в ГП к 3 суткам после имплантации электродов в эту структуру.

2. Снижение исходно высокой амплитуды минутных волн от 2-х - 3-х к 11-м - 14-м суткам в обеих исследованных структурах головного мозга, при значительно большей выраженности этой особенности в ГП. Отмечена общая тенденция к укорочению периода минутных волн; его стабилизация наблюдалась раньше (8-10 сутки), чем стабилизация амплитуды минутных СМКП (11-14 сутки).

Описанные нами критические периоды в сдвигах динамики разных видов СМКП сопоставимы с различными этапами комплексных морфо-функциональных изменений, возникающих в ткани головного мозга в ответ на травматическое или механическое воздействие (Александровская, 1962; Промыслов, 1984; Maxwell et al., 1990). Как известно, наличие высокоамплитудных регулярных СМКП в ткани головного мозга связывают с включением механизмов компенсации в экстремальных условиях (Аладжалова, 1962, 1979; Швец-Тэнэта-Гурий, 1980,1986; Швец-Тэнэта-Гурий и соавт., 1989; 1990; Илюхина,1986; Илюхина и соавт., 1983; 1986). Наблюдаемый нами феномен нарастания амплитуды регулярных секундных колебаний потенциалов в ГП, на 2-3 сутки после имплантации интрацеребральных электродов, можно проанализировать, используя литературные данные о перифокальном отеке ткани головного мозга после её механического повреждения (травмы) (Maxwell et al., 1990). Поэтому

возрастание амплитуды секундных СМКП на 2-3 сутки после стереотаксического вмешательства, характерное для ГП, можно рассматривать, как проявление ранних, посттравматических, реактиво-компенсаторных изменений в приэлектродной области ткани locus coeruleus.

Второй, наблюдаемый нами феномен объясняется тем, что ГП, как часть неспецифических систем головного мозга, является важной структурой, участвующей в процессах поддержания уровня бодрствования и активации телэнцефалона (Кратин, Сотниченко,1987; Moore, 1980; Foote, Morrison, 1987). В работах H.A. Аладжаповой (1979) показано, что усиление выраженности минутных волн СМКП тесно связано с изменением уровня бодрствования и процессами активации больших полушарий головного мозга. В ряде исследований ГП рассматривается, как полимодальный неспецифический коллектор афферентных импульсов на пути их следования в вышележащие структуры ЦНС (Кратин, Сотниченко, 1987) Возможно, наблюдаемые нами изменения регуляторных функций ГП, связаны с резким уменьшением (ограничением) афферентной импульсацми проводимой через это стволовое ядро в телэнцефалон. Слабая выраженность изменений динамики СМКП минутного диапазона во фронтальном неокортексе в тех же условиях, объяснима свойством избыточности и пластичности активирующих систем головного мозга (Хомская,1972; Кратин, Сотниченко, 1987). В соответствии с литературными данными, стабилизация амплитуды и периода минутных волн в ГП и во фронтальном неокортексе на 11-14 сутки после имплантации интрацеребральных электродов рассматривается нами, как феномен, отражающий стабилизацию нового, относительно устойчивого, оптимального функционального состояния ГП и фронтального неокортекса и время завершения репаративных, адаптационно-компенсаторных процессов в них (Аладжалова, 1979; Илюхина, 1977, 1981, 1986; Бокариус, 1995).

3.) Спонтанная динамика СМФП locus coeruleus и фронтального неокортекса головного мозга крыс в условиях покоя.

Анализ спонтанной динамики сверхмедленных физиологических процессов голубого пятна и фронтального неокортекса в состоянии покоя, после установления динамического равновесия в системе мозг-электрод, позволил выделить три основные особенности динамики омега-потенциала и разных видов СМФП (дзета-, тау- и эпсилон-волн).

1. Выраженная вариабельность (0-100 мВ) градиента омега-потенциала в голубом пятне, с наиболее частым обнаружением его высоких негативных значений (от -20 до -60 мВ), при устойчивости низких (от 0 до -20 мВ) негативных значений этого показателя во фронтальном неокортексе.

2. Доминирование в ГП регулярных, полиморфных, высокоамплитудных дзета- и тау-волн (Т= 6-10 и 30-50 сек, соответственно), при преобладании во фронтальном неокортексе нерегулярных, g тенденцией к апериодичности, полиморфных, низкоамплитудных СМКП (Т= 4-6 и 20-40 сек, соответственно).

3. Низкие корелляционные связи в динамике разных видов СМКП голубого пятна и фронтального неокортекса по показателям коэффицента линейной корелляции.

Установлено, что омега-потенциал является интегральным, базисным показателем текущего функционального состояния структур головного мозга (Илюхина, ,1977, 1988, 1996). В связи с этим, вариабельность омега-потенциала, выявленную нами в ГП, можно рассматривать, как отражение высокой степени пластичности состояния этого попифункционапьного стволового НА-ергического ядра. По-видимому, именно свойство полифункциональности системы locus coeruleus требует наличия широкой шкалы вариаций функционального состояния данной структуры головного мозга для осуществления его основных регуляторных функций в отношении механизмов активации неокортеса. Наиболее частое обнаружение высоких

негативных значений градиента омега-потенциала и высокоамплитудных полиморфных СШП (дзета- и тау-волны) в условиях покоя в locus coeruleus может рассматриваться, как доказательство высокой физиологической активности этой структуры, что сопоставимо с литературными данными о ГП, как одном из основных образований экстратапамической неспецифической активирующей системы переднего мозга (Кратин, Сотниченко,1987; Foote, Morrison, 1987). С тех же позиций, относительная устойчивость низких, негативных значений омега-потенциала во фронтальном неокортексе характеризует уровень физиологической активности этого отдела ЦНС в состоянии покоя.

4.) Особенности динамики разных видов СМП locus coeruleus и фронтального неокортекса головного мозга крыс после однократной электрической стимуляции (ЭС) голубого пятна импульсным током.

При анализе и обобщении результатов этой серии исследованний, в первую очередь, обращали внимание на временной фактор развития изменений, исследуемых видов сверхмедленных процессов в locus coeruleus и фронтальном неокортексе после ЗС голубого пятна. Выделены три основных феномена в условиях локального электрического воздействия в области ГП.

1. Развитие поляризационного эффекта в приэлектродной области ГП, в зоне электрического воздействия, что находило отражение в дрейфе градиента потенциала милливольтового диапазона в locus coeruleus в течение 1 часа после ЭС и подавлении в этих условиях всех видов СМКП.

2. Формирование общей, неспецифической реакции на локальное электрическое воздействие (в интервале от 1-го до 2-го часа после ЭС), с включением ГП и фронтального неокортекса в интрацеребральную систему её обеспечения. Это проявлялось в виде сходства стабилизации высоких

негативных значений омега-потенциала (от -60 до -100 мВ), а также появлении регулярного высокоамплитудного эпсилон-ритма с периодом 1-3 мин, тау-риттиа с периодом 12-20 сек, и дзета-ритма с периодом 4-8 сек, в исследуемый период времени, в обеих изученных структурах головного мозга.

3. Разновременность возвращения к фоновым значениям СМКП и омега-потенциала в ГП и фронтального неокортекса после ЭС locus coeruleus, с более поздним восстановлением фоновых амплитудно-временных характеристик СМКП в голубом пятое.

Обнаружение в ГП, в течение первого часа, дрейфа градиента потенциала милливольтового диапазона и подавление в этих условиях всех видов СМКП характеризует возникновение поляризационных эффектов, обусловленных пропусканием электрического тока через металлические электроды, с нарушением стабильного динамического равновесия в системе мозг-электрод (Делахей, 1967; Илюхина, 1977, 1990; Швец-Тэнэта-Гурий, 1980).

Сдвиг функционального состояния ГП и фронтального неокортекса в сторону их гиперактивации после ЭС locus coeruleus (высокие негативные значения омега-потенциала в ГП и фронтальном неокортексе, появление сходных по временным характеристикам высокоамплитудного минутного, декасекундного и секундного ритмов) рассматривается нами, как физиологический эквивалент формирования общей неспецифической реакции головного мозга с вовлечением locus coeruleus и фронтального неокортекса в интрацеребральную систему её обеспечения, в ответ на локальный стрессорный стимул - ОС. Это сопоставимо с результатами ряда исследований, в которых показано, что контактная электрическая стимуляция ГП сопровождается возрастанием концентрации норадреналина как в ГП, так и в неокортексе (Tanaka et al., 1976, 1991), что легло в основу гипотезы рассматривающей ГП, как систему мощной тонической активации

телэнцефалона, модулирующей общие (генерализованные) функциональные состояния головного мозга посредством сложноорганизованных синалтических и нейрогуморапьных взаимодействий (Белова и др., 1980; Ханбабян, 1981; Berridge, Foote. 1991; Lookingland et al., 1991; Berridge et al„ 1993). Длительность латентных периодов (1-2 часа) изменения функционального состояния ГП и фронтального неокортекса, продолжительные эффекты последействия от момента окончания стимуляции ГП (7-8 часов), описанные для обеих структур головного мозга, укладываются в представления о тесной связи СМФП с механизмами нейрогуморальной регуляции функциональных состояний головного мозга (Аладжалова, 1962, 1979; Илюхина, 1977, 1986,). Это позволяет рассматривать феномен часовых и многочасовых изменений СМФП голубом пятне и фронтальном неокортексе, как проявление комплексной, сложноорганизованной, нейрогуморальной реакции головного мозга, в ответ на локальное электрическое раздражение locus coeruleus (основного звена внутримозговой стресс-реализующей системы). Известно, что выделение норадренапина системой ГП происходит не только в синапсах, но и в межклеточное пространство головного мозга, где этот нейромедиатор рассматривается как нейрогуморальный фактор (Белова и соавт., 1980; Эделмен, Маунткасл, 1981). Кроме того, продемонстрированы влияния интрацеребральной НА-ергической системы locus coeruleus как на возбудимость нейронов, так и непосредственно на глиальные клетки головного мозга, с возможностью регуляции их метаболических и трофических функций (Stone, Ariano, 1989; Lerea, McCarthy, 1990).

5.) Динамика СМФП locus coeruieus и фронтального неокортекса головного мозга стресс-реактивных крыс в период острого (1 час) иммобилизационного стресса.

В настоящем исследовании острый (1 час иммобилизации), однократный, иммобилизационный стресс использовался, как экспериментальная, физиологическая модель адекватной, специфической активациии ГП (Pavcovich, Ramires, 1991; Valentino et al., 1993). В связи с этим, по степени реактивности на острый (1 час) иммобилизационный стресс, проявляющейся интенсивностью изменений в деятельности сердечнососудистой системы, была выделена группа стресс-реактивных животных, которые реагировали на острый иммобилизационный стресс достоверным (р < 0,05) увеличением ЧСС до 482 ± 29 ударов в 1 минуту. ЧСС в условиях покоя у всех исследуемых животных составляла 323 ± 37 ударов в 1 мин.

Обобщение и анализ результатов исследования динамики СМФП в голубом пятне и во фронтальном неокортексе головного мозга стресс-реактивных крыс, в период острого иммобилизационного стресса, позволил выявить следующие основные особенное™ этих показателей.

1. Общность динамики омега-потенциала и эпсилон-волн в ГП и во фронтальном неокортексе, в виде равновероятного обнаружения устойчивых, низких (от 0 до -20 мВ) или высоких (от -80 до -110 мВ) негативных значений градиента омега-потенциала и регулярных, ритмичных, синусоидальных, высокоамплитудных эпсилон-волн с периодом 1-3 мин в обеих исследованных структурах головного мозга.

2. Различие доминирующего периода тау- и дзета-волн в ГП (Т= 4-10 сек и 20-40 сек, соответственно) и фронтальном неокортексе (Т= 2-6 сек и 1320 сек, соответственно), при общей тенденции к увеличению их устойчивости, регулярности и амплитуды в обеих изученных структурах головного мозга (по сравнению со спонтанной динамикой в условиях покоя).

3. Усиление корелляции динамики эпсилон-волн в системе locus coeruleus - фронтальный неокортекс головного мозга крыс в условиях острого иммобилизационного стресса.

Описанные выше факты, можно рассмотреть с позиций данных о физиологической значимости повышения регулярности и амплитуды различных видов СМФП структур головного мозга, как феномена связанного с включением адаптационно-компенсаторных механизмов, направленных на преодоление возникающего при этом метаболического и регуляторного напряжения (Аладжалова, 1962, 1979; Илюхина, 1977, 1991, 1986, 1990; Бокариус, 1995). Выявленние в условиях острого иммобилизационного стресса высокоамплитудных СМКП (дзета-, тау-, эпсилон-волны) в голубом пятне рассматривается нами, как проявление включения его в мозговую систему формирования центрального ответа на стрессор. Подобное предположение сопоставимо с литературными данным о ГП, как ведущей стресс-реализующей структуре головного мозга, выраженная, комплексная, избирательная активация которой, происходит при действии на организм самых разнообразных стрессорных стимулов (Levine et al., 1990; Angulo et al., 1991; Melia, Duman, 1991; Sackaguchi, Nakamura, 1990; Jacobs et al., 1991; Lachuer et al., 1991; Nakamura, 1991 Tanaka et al., 1991; Tsujimaru et al., 1993; Valentino et al., 1993; Chang, Aston-Jones, 1993; Curtis et al., 1993; Watanabe et a)., 1994 и др.). В некоторых работах сообщается, что наряду с активацией ГП происходит включение мощных специфических, неспецифических и ауторегуляторных компенсаторных механизмов, направленных на поддержание или коррекцию изменившегося функционального состояния ГП в фазу острого стресса (Angulo et al., 1991; Valentino, Curtis, 1991; Weiner et al., 1991; Kapuret al., 1993; Weiss et al„ 1994).

Дифференцированное усиление регулярности и повышение амплитуды разных видов СМКП locus coeruleus в условиях острого иммобилизационного

стресса раскрывает их значение, как физиологических эквивалентов развертывания сложных, компенсаторно-приспособительных реакций и участия в их реализации ГП.

При этом в динамике СМКП прослеживается две принципиально важные закономерности.

1.) Общность динамики высокоамплитудного минутного ритма в ГП и во фронтальном неокортексе, как эквивалент запуска общих неспецифических компенсаторных реакций, с формированием в этих условиях тесного взаимодействия locus coeruleus и фронтального неокортекса, что сопоставимо со взглядами S. Foote et al. (1991).

2.) С другой стороны, известны локальные компенсаторные (тормозные) механизмы, способные ограничить избыточную активацию неокортекса и ГП при геперактивации центральных стресс-реализующих механизмов (Сытинский,1977; Osmanovic et а!., 1990; lijima et al., 1992). В наших исследованиях в качестве физиологических эквивалентов включения подобных тормозных механизмов можно рассматривать различия доминирующего периода тау- и дзета-волн в ГП и фронтальном неокортексе, при общей тенденции к увеличению их устойчивости, регулярности и амплитуды в обеих исследуемых структурах головного мозга.

Установлено, что активация ГП при стрессе является первичной, вызывающей последующую активацию неокортекса, через сложные синаптические и нейрогуморальные механизмы (Белова и соавт., 1980; Ханбабян, 1981; De Sarro et al., 1992); тесная связь СМФП с механизмами нейрогуморальной регуляции функциональных состояний головного мозга описана в ряде исследованиий (Аладжалова, 1962, 1979; Илюхина, 1986, 1988, 1990,1996; Илюхина и соавт., 1983,1986).

Таким образом, обобщение данных литературы и результатов настоящего исследования позволяет предложить рабочую гипотезу о том, что

голубое пятно (locus coeruleus) является важной интрацеребральной структурой, участвующей в формировании неспецифической, сложноорганизованной мозговой системы ответа на стрессор с вовлечением сопряженных структур ЦНС (в частности, фронтального неокортекса;, получающих мощные афферентные входы из этого образования. При этом механизмы подобных комплексных, регуляторных влияний ГП на функциональное состояние структур головного мозга имеют нейрогуморальное происхождение, адаптационно-компенсаторное значение и требуют дальнейшего систематического, междисциплинарного исследования.

ВЫВОДЫ:

1. Представлена феноменология спонтанной и вызванной динамики разных видов сверхмедленных процессов ГП крыс в покое и при действии различных стрессорных факторов (механическое воздействие электродов на locus coeruleus, контактная локальная электростимуляция этого образования, острый однократный иммобилизационный стресс) в условиях хронического эксперимента.

2. Установлены различия многокомпонентной реакции ГП и фронтального неокортекса на введение долгосрочных интрацеребральных электродов, включавшей:

- развитие поляризационных эффектов в приэлектродной области в 1-е сутки после имплантации электродов, что находило отражение в неустойчивости градиента потенциала милливольтового диапазона, в виде плавного дрейфа в ГП и резких скачкообразных сдвигов во фронтальном неокортексе;

- локальные реактивно-компенсаторные изменения в ГП эквивалентами которых, являлся секундный и декасекундный "пилообразный" ритм с

периодом соответственно 4-6 и 20-30 сек, а также высокоамплитудный, регулярный минутный ритм с периодом 2-4 мин и амплитудой до 3,5 мВ.

3. Развитие поляризационного эффекта в приэлектродной области ГП, в ответ на локальное электрическое воздействие, которое проявлялось резко выраженным дрейфом градиента потенциала милливольтового диапазона в течение первых 50-60 мин после электростимуляции locus coeruleus и подавлением всех видов СМКП в этих условиях.

4. Выраженное снижение амплитуды и регулярности СМКП минутного диапазона в ГП к 11-м - 14-м суткам послеоперационного периода свидетельствует о восстановлении его регуляторных функций, как неспецифического образования UHC, тесно связанного с механизмами восходящих активирующих влияний ствола головного мозга.

5. Дифференцированы отличия функционального состояния голубого пятна и фронтального неокортекса поданным разных видов СМФП в покое.

Обнаружение значительных пределов вариабельности градиента омега-потенциала (от 0 до -100 мВ) с преобладанием высоких, негативных значений в сочетании с высокоамплитудными, регулярными, полиморфными, по структуре, СМКП секундного (Т= 6-10 сек) и декасекундного диапазона (Т=30-50 сек) свидетельствует о высокой степени пластичности состояния и функциональной активности ГП в покое.

Преобладание низких негативных значений омега-потенциала (от 0 до -20 мВ) в сочетании с низковольтными, нерегулярными, полиморфными, по структуре, СМКП характеризует уровень физиологической активности фронтального неокортекса в условиях покоя.

6. Выделены физиологические эквиваленты включения ГП и фронтального неокортекса в формирование общей неспецифической адаптационно-компенсаторной реакции при электростимуляции locus coeruleus и в условиях острого иммобилизационного стресса у стресс-

реактивной группы крыс, в виде общности динамики омега-потенциала (преобладание высоких негативных значений от -70 до -100 мВ) и появления регулярных, высокоамплитудных (до 1,5 мВ и выше) эпсилон-волн с периодом 1-3 минуты в изученных структурах головного мозга.

7. Установлено, что физиологическим эквивалентом локальных адаптационно-компенсаторных реакций исследованных структур головного мозга при стрессорных воздействиях является различие доминирующего периода тау- и дзета-волн в locus coeruleus и фронтальном неокортексе.

8. Установлена разновременность восстановления функционального состояния голубого пятна и фронтального неокортекса после электростимуляции locus coeruleus, по скорости возвращения к фоновым значениям разных видов СМФП в исследуемых структурах головного мозга, с более поздним восстановлением амплитудно-временных характеристик СМФП в голубом пятне (дзета-волны - через 3 часа, тау-волны - через 6 часов, эпсилон волны и омега потенциал - через 7-8 часов после ЗС).

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Роль голубого пятна (locus coeruleus) в организации сверхмедленной активности головного мозгаЛ Тезисы докладов межвузовской научной конференции памяти Заслуженного деятеля культуры России профессора М.Г. Заикиной. Ярославль, ЯМИ, 1993 г., стр. 24.

2. Функции голубого пятна по данным сверхмедленной активности головного мозгаЛ Успехи физиологических наук, т. 25, № 4, 1994 г., стр 59, (Соавт. Р.Г. Сингатулин).

3. Сверхмедленные физиологические процессы (СМФП) норадренергической системы голубого пятна (locus coeruleus) и фронтального неокортекса головного мозга крыс в норме и при иммобилизационном

стрессеЛ В сборнике научных работ: Экспериментальные и клинические аспекты адаптации и микрогемоциркуляции. г. Ярославль, 1995 г., стр. 164167, (Соавт. Р.Г. Сингатулин).

4. Некоторые нейрогуморальные механизмы формирования и поддержания функциональных состояний головного мозга в норме и при стрессеЛ Тезисы докладов межвузовской научной конференции "Актуальные вопросы физиологии и теории физической культуры", г. Ярославль, ЯГПУ, 1997 г., стр. 5-6, (Соавт. Р.Г. Сингатулин).

5. Механизмы неспецифической активации и адаптации стресс-реализующей системы locus coeruleus и сопряжённых структур головного мозга при стрессеЛ Тезисы докладов межвузовской научной конференции "Актуальные вопросы физиологии и теории физической культуры", г. Ярославль, ЯГПУ, 1997 г., стр. 7-8, (Соавт. Р.Г. Сингатулин).