Цитокины в регуляции окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга у крыс при остром эмоциональном стрессе

Калиниченко, Любовь Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Цитокины в регуляции окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга у крыс при остром эмоциональном стрессе
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Цитокины в регуляции окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга у крыс при остром эмоциональном стрессе"

На правах рукописи УДК 612.822+612.017.11

00501

КАЛИНИЧЕНКО ЛЮБОВЬ СЕРГЕЕВНА

ЦИТОКИНЫ В РЕГУЛЯЦИИ ОКИСЛИТЕЛЬНЫХ и АНТИОКСИДАНТНЫХ ПРОЦЕССОВ В СТРУКТУРАХ ГОЛОВНОГО МОЗГА У КРЫС ПРИ ОСТРОМ ЭМОЦИОНАЛЬНОМ СТРЕССЕ

03.03.01 Физиология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

:>:3 2Г::2

Москва - 2012

005011593

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении "Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина" РАМН.

Научный руководитель:

Доктор медицинских наук

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор Доктор биологических наук

Ведущая организация:

Учреждение Российской академии наук нейрофизиологии РАН

Перцов Сергей Сергеевич

Козловская Марина Михайловна Башкатова Валентина Германовна

Институт высшей нервной деятельности и

Защита диссертации состоится «1» марта 2012 года в 10 часов на заседании Диссертационного совета Д 001.008.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении "Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П К. Анохина" РАМН по адресу: 125009, г. Москва, ул. Моховая, д. 11, стр. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Федерального государственного бюджетного учреждения "Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина" РАМН.

Автореферат разослан «30» января 2012 г.

Ученый секретарь / ■

Диссертационного совета, // /

кандидат медицинских наук / / Захаров Н.Д.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования

В современной медицине и биологии одной из наиболее актуальных является проблема эмоционального стресса. Стресс возникает в условиях острых или длительных конфликтных ситуаций, вызванных невозможностью человека или животных удовлетворить ведущие биологические и социальные потребности (Анохин П.К., 1965; Судаков К.В., 1976). Следствием стрессорных воздействий являются нарушения сердечно-сосудистой деятельности, ишемия и инсульты головного мозга, изъязвление слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, неврозы, депрессии, злокачественные новообразования и другие патологические состояния (Судаков К.В., 1981; Перцов С.С., 1995; Schneiderman N. et al., 2005; Montoro J. et al., 2009).

В экспериментальных исследованиях эмоционального стресса были выявлены индивидуальные различия чувствительности животных к развитию негативных последствий стрессорных воздействий (Юматов Е.А., Скоцеляс Ю.Г., 1979; Судаков К.В., 1981; Юматов Е.А., 1986; Feder A. et al., 2009; O'Machony С.М. et al., 2011). Большое значение имеет возможность прогнозирования устойчивости или предрасположенности субъектов к стрессорным нагрузкам до возникновения конфликтных ситуаций. В опытах Е.В. Коплик (2002) было показано, что надежным прогностическим критерием чувствительности крыс к эмоциональному стрессу являются особенности их поведения в тесте «открытое поле». В частности, поведенчески активные животные оказались более устойчивыми к стрессорным воздействиям по сравнению с пассивными особями.

Известно, что патогенез постстрессорных нарушений у млекопитающих тесно связан с изменением баланса между окислительными и антиоксидантными процессами в тканях (Твердохлиб с соавт., 1988; Гуляева Н.В., 1989; Барабой В.А., 1992; Sabin E,T3umuslu S., 2004; Akpinar D. et al, 2008; Goncharova N.D. et al, 20087 Ahmad A. et al., 2010). Увеличение генерации активированных кислородных метаболитов, нарушение нормального соотношения про- и антиоксидантов и, как следствие, чрезмерная активация перекисного окисления липидов (ПОЛ) в клетках является универсальным механизмом повреждения биологических тканей при стрессе (Ланкин В.З. с соавт., 2001, Halliwell В., 2006; Adibhatla R.M., Hatcher J.F., 2008).

окислительных процессов в головном мозге создает предпосылки для развития таких заболеваний, как шизофрения, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона (Halliwell

B., 2006; Adibhatla R.M., Hatcher J.F., 2008) и синдром Дауна (Ishihara К. et al., 2009).

Одной из наиболее серьезных дисфункций, возникающих у млекопитающих при стрессорных воздействиях, является нарушение иммунного статуса организма (Корнева Е.А. с соавт., 1987; Крыжановский Г.Н. с соавт., 2003; Магаева C.B., Морозов С.Г., 2005; Schneider R.H. et al., 2005; Tausk F. et al., 2008). В частности, формирование отрицательных эмоциональных состояний сопровождается изменениями цитокинового профиля биологических сред у млекопитающих (Перцов

C.С. с соавт., 2009; Tausk F. et al., 2008; Dhabhar F.S., 2009).

Цитокины - класс эндогенных полипептидных медиаторов межклеточных взаимодействий, регулирующих ряд физиологических функций клеток. Они обеспечивают поддержание клеточного и тканевого гомеостаза, способствуют формированию защитных реакций организма при воздействии чужеродных факторов и нарушении целостности тканей (Кетлинский С.А., Симбирцев A.C., 2008).

Состояние иммунных функций организма во многом определяется соотношением провоспалительных (интерлейкин-lß, интерлейкин-2, интерлейкин-6, интерферон-у, фактор некроза опухоли-a и др.) и противовоспалительных цитокинов (интерлейкин-4, интерлейкин-10, интерлейкин-13, трансформирующий фактор роста ß). В настоящее время особое внимание исследователей привлекают интерлейкин-lß (ИЛ-lß) и интерлейкин-4 (ИЛ-4), что связано с биологической ролью этих цитокинов у млекопитающих.

Провоспалительный цитокин ИЛ-lß запускает каскад секреции других цитокинов в организме, является одним из медиаторов острой фазы стрессорной реакции, оказывает активирующее влияние на гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковый комплекс (Gadek-Michalska A. et al., 2008). В отличие от ИЛ-lß, ИЛ-4 снижает функциональную активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси (Turnbull A.V., Rivier C.L., 1999). ИЛ-4 подавляет продукцию провоспалительных цитокинов, в частности ИЛ-lß, и стимулирует образование его рецепторного антагониста (Кетлинский С.А., Симбирцев A.C., 2008; Turnbull A.V., Rivier C.L., 1999; Tausk F. et al., 2008; Doi N. et al., 2008). Необходимо отметить, что эти цитокины участвуют в регуляции разных звеньев иммунного ответа: провоспалительный ИЛ-lß преимущественно модулирует развитие неспецифических, а противовоспалительный ИЛ-4 - специфических иммунных реакций (Пальцев М.А., 1996; Mayer-Barber K.D. et al., 2011; Oliphant C.J. et al., 2011).

Несмотря на большое количество исследований, посвященных изучению механизмов психоэмоционального стресса, вопрос о наличии взаимосвязи между

изменениями иммунных функций и свободнорадикальными процессами в тканях ЦНС у млекопитающих с разной прогностической устойчивостью к однотипным стрессорным нагрузкам остается открытым. Практически не изучен характер действия цитокинов на соотношение окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга у животных с разными параметрами поведения как в исходном состоянии, так и при остром эмоциональном стрессе. Представленная работа посвящена решению указанных вопросов.

Цели н задачи исследования

Основной целью работы явилось изучение роли цитокинов в регуляции соотношения между окислительными и антиоксидантными процессами в эмоциогенных структурах головного мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками при остром эмоциональном стрессе.

Конкретными задачами исследования были:

1. Изучить интенсивность окислительных и антиоксидантных процессов в эмоциогенных структурах головного мозга - гипоталамусе, сенсомоторной коре и миндалине - у крыс с разными поведенческими характеристиками при острой эмоциональной стрессорной нагрузке.

2. Проанализировать изменения содержания продуктов ПОЛ (ТБК-реактивных продуктов) в эмоциогенных структурах головного мозга у крыс с "разными поведенческими характеристиками в условиях острой эмоциональной стрессорной нагрузки на фоне введения провоспалительного цитокина ИЛ-1р или противовоспалительного цитокина ИЛ-4.

3. Определить активность антиоксидантных ферментов (Си/7п-супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы) в эмоциогенных структурах головного мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками в условиях острой эмоциональной стрессорной нагрузки на фоне введения провоспалительного цитокина ИЛ-1Р или противовоспалительного цитокина ИЛ-4.

4. Провести интегральную оценку соотношения ПОЛ и состояния ферментативного звена антиоксидантной защиты в тканях головного мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками в условиях острой эмоциональной стрессорной нагрузки на фоне введения изучаемых цитокинов.

5. Выявить возможные особенности окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге у поведенчески пассивных и активных крыс.

Научная новизна работы

В работе впервые показано, что провоспалительный цитокин ИЛ-ф и противовоспалительный цитокин ИЛ-4 оказывают сходное воздействие на оксидативный статус эмоциогенных структур головного мозга у крыс с разными

поведенческими характеристиками. Выявлено, что введение этих цитокинов сопровождается преимущественно активацией ПОЛ в гипоталамусе и миндалине животных. ИЛ-1(3 и ИЛ-4 оказывают модулирующее влияние на активность антиоксидантных ферментов с последующим изменением интенсивности свободнорадикальных процессов в тканях головного мозга крыс.

Установлено, что острый эмоциональный стресс сопровождается изменениями активности ферментов антиоксидантной защиты в гипоталамусе крыс с разными параметрами поведения, что предупреждает возможную интенсификацию ПОЛ в указанных условиях. В сенсомоторной коре и миндалине пассивных животных, подвергнутых стрессорной нагрузке, отмечено увеличение интенсивности свободнорадикального окисления.

Продемонстрировано, что ИЛ-1Р и ИЛ-4 предупреждают стресс-индуцированные изменения соотношения окислительных и антиоксидантных процессов в сенсомоторной коре головного мозга у поведенчески пассивных крыс.

Научно-практическая значимость работы

Полученные в ходе проведенного исследования данные расширяют представления о роли иммунных факторов в механизмах формирования отрицательных эмоциональных состояний. В работе показано участие про- и противовоспалительных цитокинов в регуляции окислительных и антиоксидантных процессов в тканях головного мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками как в нормальных условиях, так и при острой стрессорной нагрузке.

Согласно полученным результатам, ИЛ-10 и ИЛ-4 оказывают протективное действие на ткани ЦНС, предупреждая постстрессорные изменения оксидативного баланса в сенсомоторной коре у пассивных крыс. Выявленные особенности действия про- и противовоспалительных цитокинов на соотношение окислительных и антиоксидантных процессов могут быть использованы в клинической фармакологии, в частности, при разработке рекомендаций по применению иммуноактивных соединений с целью коррекции оксидативного статуса организма в условиях патологии, в том числе при нейродегенеративных заболеваниях.

Положения, выносимые на защиту

1. Провоспалительный цитокин ИЛ- ф и противовоспалительный цитокин ИЛ-4 оказывают сходное модулирующее влияние на оксидативный статус тканей гипоталамуса, сенсомоторной коры и миндалины у крыс. Выявлены регионарные особенности окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге у животных с разной поведенческой активностью, получавших изученные цитокины.

2. Острый эмоциональный стресс сопровождается увеличением интенсивности ПОЛ в сенсомоторной коре и миндалине мозга у поведенчески пассивных крыс.

3. ИЛ-lß и ИЛ-4 предупреждают стресс-индуцированные изменения соотношения окислительных и антиоксидантных реакций в сенсомоторной коре поведенчески пассивных крыс.

Апробация работы

Результаты исследований доложены на следующих научных мероприятиях: XVIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2011» (Москва, 2011); III Международный симпозиум «Взаимодействие нервной и иммунной систем в норме и патологии» (Санкт-Петербург, 2011); Вторая конференция молодых ученых и студентов «Экспериментальная и прикладная физиология» (Москва, 2011); итоговые сессии Научно-исследовательского института нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН (Москва, 2010-2011); конференции Отдела социальной физиологии Научно-исследовательского института нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН (2009-2011).

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 5 статьях и 5 тезисах.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа изложена на 143 страницах машинописного текста, содержит 20 рисунков, 11 таблиц и состоит из введения, обзора литературы, описания методики экспериментов, изложения результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов и выводов. Библиографический указатель содержит 241 источник (74 на русском и 167 на иностранных языках).

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты выполнены на 246 крысах-самцах Вистар массой 265,0±2,4 г. Исследования проведены в соответствии с "Правилами проведения работ с использованием экспериментальных животных" (этическая комиссия НИИ нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН, протокол №1 от 03.09.2005г.), а также требованиями Всемирного общества защиты животных (WSPA) и Европейской конвенции по защите экспериментальных животных.

Крыс содержали в стандартных клетках (по 4-7 особей) при искусственном освещении (8.00-20.00 - свет, 20.00-8.00 - темнота), комнатной температуре (20-22°С) и свободном доступе к воде и пище. После доставки из питомника крысы адаптировались к условиям вивария в течение 5 дней.

Изучение поведенческих характеристик животных. Для определения исходных параметров поведения крыс тестировали в открытом поле в течение 3 минут. Индекс активности животных вычисляли по формуле: сумму пересеченных периферических и центральных секторов, периферических и центральных стоек, а также исследованных объектов делили на сумму латентных периодов первого движения и выхода в центр открытого поля (Коплик Е.В., 2002).

В соответствии с исходными параметрами поведения крысы были разделены на поведенчески активных (и=78, индекс активности - 3,49±0,49), пассивных (п=78, индекс активности - 0,51±0,03) и амбивалентных особей (п=90, индекс активности -1,35±0,04). Дальнейшие опыты проведены на активных и пассивных крысах, характеризующихся крайними паттернами поведения.

Целью первой серии экспериментов явилась верификация развития стрессорного состояния у крыс, подвергнутых иммобилизации с одновременным нанесением электрокожного раздражения подпороговой силы.

Эксперименты проведены на 14 поведенчески активных и 14 пассивных крысах-самцах Вистар. Выделены 4 группы интактных и стрессированных особей, каждая из которых состояла из 7 животных.

Через одну неделю после формирования экспериментальных групп крыс подвергали стрессорному воздействию. В качестве модели острой эмоциональной стрессорной нагрузки использовали 1-часовую иммобилизацию крыс с одновременным нанесением электрокожного раздражения, подпороговой силы в стохастическом режиме (Перцов С.С. с соавт., 2006, 2009, 2011; Sudakov K.V., 1999; Gorbunova A.V., 2000; Giyzunov Y.A. et al., 2006). Животных иммобилизировали в пластиковых пеналах длиной 16,5 см и внутренним диаметром 5,5 см. На кожу спины крыс помещали металлические игольчатые электроды для нанесения раздражения переменным током. Силу тока подбирали индивидуально по порогу вокализации животного в ответ на стимуляцию. В таких условиях электрокожное раздражение является подпороговым. Используемая методика стрессорной нагрузки у крыс позволяет избежать воздействия болевого раздражителя с последующей ноцицептивной реакцией животных. Раздражение наносили по стохастической схеме: длительность - 1 мсек, напряжение - 4-6 В, частота - 50 Гц. В течение 1 часа животные получали 12 серий 30-сек стимуляции и 5 серий 60-сек стимуляции. Указанная модель острого эмоционального стресса была выбрана в соответствии с общей целью исследования путем сравнения влияния разных типов стрессорных воздействий на свободнорадикальные процессы (Сосновский A.C., Козлов A.B., 1992; Перцов С.С. с соавт., 1995; Гончарова Н.Д. с соавт., 2008; Aiptekin N. et al., 1996; Zaidi S.M. et al., 2005; Sahin E., Gümüslü S„ 2007; Atif F. et al., 2008; Martinez-Sämano J. et

al., 2010). Контрольные крысы не были подвергнуты стрессорной нагрузке и в течение всего эксперимента находились в «домашних» клетках. Крыс всех групп декапитировали сразу после окончания опытов. Относительную массу органов-маркеров стресса (тимуса, надпочечников и селезенки) рассчитывали на 100 г массы тела крыс. Концентрацию кортикостерона в сыворотке крови животных, полученной после их декапитации, измеряли методом иммуноферментного анализа (Reagents for rat corticosterone ELISA, Sigma, USA) и выражали в нмоль/мл.

Целью второй серии экспериментов было изучение интенсивности ПОЛ в тканях ЦНС у крыс при острой стрессорной нагрузке на фоне предварительного введения провоспалительного цитокина HJl-lß или противовоспалительного цитокина ИЛ-4. Содержание ТБК-реактивных продуктов измеряли в эмоциогенных структурах головного мозга, играющих значимую роль в формировании отрицательных эмоциональный состояний: гипоталамусе, миндалине и сенсомоторной коре (Судаков К.В., 1997; Симонов П.В., 2004; Chowdhury G.M. et al., 2000; Berretta S., 2005; Baumann N„ Turpin J.C., 2010).

Эксперименты проведены на 40 активных и 40 пассивных крысах-самцах Вистар. Животные с разной поведенческой активностью были разделены на 12 групп по 6-7 особей в каждой.

Крысиный ИЛ-4 (Sigma, USA) и рекомбинантный ИЛ-lß (активность 108 ед/мг, ФГУП "ГосНИИ особо чистых биопрепаратов" ФМБА России, Санкт-Петербург) в дозе 5 мкг/кг массы тела крысы или физиологический раствор (1 мл) вводили животным внутрибрюшинно за 1 час до стрессорной нагрузки. Контрольные (нестрессированные) крысы получали указанные инъекции за 2 часа до декапитации. Дозы цитокинов, а также интервал времени между введением изучаемых веществ и началом стрессорной нагрузки были выбраны в соответствии с литературными данными (Симбирцев A.C., 2011; Sanz W.J. et al., 1998; Cook H.T. et al., 1999; Boudry G. et al., 2004; Cortijo J. et al., 2006; Fan L.W. et al., 2009; Zhuang J. et al., 2011).

После декапитации крыс извлекали головной мозг; выделяли гипоталамус, сенсомоторную кору и миндалину. Указанные структуры замораживали в жидком азоте и хранили при -24-26°С. Содержание белка (мг) и ТБК-реактивных продуктов (нмоль/мг белка) в пробах ткани головного мозга животных определяли спектрофотометрическими методами (Lowry О.Н. et al., 1951; Sinnhuber R.O., Yu T.C., 1958; Okhawa et al., 1979).

Целью третьей серии экспериментов было определение активности ключевых антиоксидантных ферментов - Cu/Zn-супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы (Барабой В.А., 1991; Halliwell В., 2006; Yan F. et al., 2010) - в

эмоциогенных структурах головного мозга у крыс при острой стрессорной нагрузке на фоне предварительного введения HJI-lß или ИЛ-4.

Схема эксперимента была аналогична таковой во второй серии опытов. Содержание белка (мг) и активность антиоксидантных ферментов (ед. активности на мг белка) в пробах тканей гипоталамуса, сенсомоторной коры и миндалины, полученных после декапитации крыс, определяли стандартными спектрофотометрическими методиками (Ланкин В.З. с соавт., 1981; Lowry О.Н. et al., 1951; Paglia D.E., Valentine W.N., 1967; Buetler E„ 1969; Beauchamp C., Fridovich I., 1971).

Расчет индекса окислительных и антиоксидантных процессов

Для проведения комплексной оценки оксидативного статуса тканей головного мозга крыс в разных экспериментальных условиях рассчитывали индекс изменения интенсивности окислительных и антиоксидантных процессов. Среднюю концентрацию ТБК-реактивных продуктов у нестрессированных животных, получавших инъекции физиологического раствора (Ск), принимали за 100% (Хк, %). Изменение уровня ТБК-реактивных продуктов (Хо, %) у нестрессированных крыс после введения ИЛ-lß и ИЛ-4, а также у особей, подвергнутых стрессорной нагрузке на фоне инъекции физиологического раствора или исследуемых цитокинов (Со), рассчитывали по следующей формуле: Хо=Со/Ск*100%. В дальнейшем определяли индекс окислительных процессов (И): И=Хо-Хк.

Индекс изменения интенсивности антиоксидантных процессов в структурах головного мозга крыс в разных экспериментальных условиях рассчитывали аналогично для всех изученных ферментов - Cu/Zn-супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы. Общий индекс антиоксидантных процессов вычисляли путем сложения полученных индексов.

Статистическая обработка

Достоверность различий между группами крыс выявляли с помощью непараметрического критерия Mann-Whitney. Различия считались статистически значимыми при р<0,05. Численные данные в тексте и таблицах приведены как среднее значение ± ошибка средней.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Верификация формирования отрицательного эмоционального состояния у крыс при остром стрессорном воздействии на модели 1-часовой иммобилизации с одновременным электрокожным раздражением

Для подтверждения формирования отрицательного эмоционального состояния у крыс, подвергнутых иммобилизации с одновременным электрокожным

раздражением подпороговой силы, определяли концентрацию кортикостерона в сыворотке крови животных и относительную массу органов-маркеров стресса (тимуса, надпочечников и селезенки).

Острое стрессорное воздействие у пассивных и активных крыс сопровождалось значительным увеличением концентрации кортикостерона в сыворотке крови (в 1,75 и 1,83 раза соответственно, р<0,01 по сравнению с нестрессированными животными; табл. 1). В этих условиях отмечено выраженное снижение относительной массы тимуса и селезенки у поведенчески пассивных особей (в 1,14 и 1,21 раза соответственно, £<0,05). Выявленные изменения типичны для синдрома биологического стресса у млекопитающих (8е1уе Н., 1946). Таким образом, используемая нами модель острого стрессорного воздействия у крыс сопровождается формированием состояния эмоционального стресса у животных.

Таблица 1. Относительная масса органов-маркеров стресса (мг/100 г массы тела) и концентрация кортикостерона в сыворотке крови (нг/мл) у нестрессированных крыс и животных, подвергнутых острой стрессорной нагрузке (М±т)

Активные крысы Пассивные крысы

Контроль Стресс Контроль Стресс

Тимус 178,74+17,75 146,98+11,98 177,69±8,45 155,91±7,00 *

Надпочечники 9,91±1,12 10,85+0,36 11,65±1,13 11,67±1,08

Селезенка 645,72±67,96 516,51+53,80 668,51±30,76 553,46+43,15 *

Кортикостерон 44,64±6,68 81,82±13,57** 43,95±8,94 76,87±11,95**

Примечание. **р<0,01 и *р<0,05 по сравнению с нестрессированными крысами.

Окислительные и антиоксндантные процессы в головном мозге крыс при _ введении ИЛ-1Р или ИЛ-4 _

В соответствии с общей целью работы мы изучили окислительные и антиоксидантные реакции в эмоциогенных структурах головного мозга у нестрессированных крыс при изменении иммунного статуса организма путем внутрибрюшинного введения провоспалительного цитокина ИЛ-ф или противовоспалительного цитокина ИЛ-4.

Введение ИЛ-1(3 сопровождалось интенсификацией ПОЛ в гипоталамусе поведенчески активных и пассивных крыс (в 1,67 и 1,47 раза соответственно, ¿><0,05 по сравнению с крысами, получавшими физиологический раствор; табл. 2). Эти изменения, вероятно, обусловлены снижением активности глутатионредуктазы в гипоталамусе животных в указанных условиях (в 1,32 [р<0,01] и 1,22 раза соответственно). Полученные в нашей работе данные согласуются с результатами предыдущих исследований. В частности, в экспериментах С.С. Перцова (1995) было

показано, что центральное введение ИЛ-1(3 в боковой желудочек головного мозга крыс Вистар, Вэг и Август приводит к накоплению продуктов ПОЛ в гипоталамусе. Однако в отличие от эффектов, наблюдаемых нами при периферическом введении ИЛ-1(3, после внутрижелудочковой инъекции этого цитокина в гипоталамусе животных выявлено увеличение активности антиоксидантных ферментов (Перцов С.С., 1995).

Нами обнаружено, что внутрибрюшинное введение ИЛ-4 также вызывает увеличение концентрации ТБК-реактивных продуктов в гипоталамусе активных и пассивных крыс (в 3,27 [р<0,01] и 1,47 [р<0,05] раза соответственно по сравнению с физиологическим раствором; табл. 2). Активация глутатионпероксидазы (в 1,50 [р<0,01] и 1,66 раза соответственно) и Cu/Zn-супероксиддисмутазы (в 1,62 и 1,36 раза соответственно, /?<0,05) в гипоталамусе животных этих групп после инъекции ИЛ-4, по-видимому, являлась последствием интенсификации ПОЛ.

Показано, что в сенсомоторной коре и миндалине пассивных крыс, получавших ИЛ-ф, концентрация ТБК-реактивных продуктов повышалась в 1,54 и 1,72 раза соответственно (р<0,05 по сравнению с крысами, которым вводили физиологический раствор; табл. 3, 4). Наблюдающаяся в миндалине этих животных активация глутатионпероксидазы и Cu/Zn-супероксиддисмутазы (в 1,38 и 1,19 раза соответственно, р<0,01), по-видимому, являлась вторичной компенсаторной реакцией на интенсификацию ПОЛ. В сенсомоторной коре пассивных особей, получавших ИЛ-1Р, накопление ТБК-реактивных продуктов, вероятно, обусловлено отсутствием изменений эффективности антиоксидантной защиты в указанных условиях (табл. 3). В отличие от пассивных крыс, в сенсомоторной коре и миндалине активных особей содержание ТБК-реактивных продуктов снижалось после введения ИЛ-ip (в 1,61 [р<0,05] и 1,23 раза соответственно по сравнению с физиологическим раствором; табл. 3, 4). Выявленная в этих условиях активация Cu/Zn-супероксиддисмутазы в сенсомоторной коре (в 1,53 раза, р<0,05) и глутатионпероксидазы в миндалине (в 1,34 раза, р<0,01), по-видимому, вносила вклад в подавление свободнорадикального окисления.

В научной литературе имеются противоречивые данные о характере действия ИЛ-ip на свободнорадикальные процессы в коре головного мозга. Так, введение ИЛ-ip в боковой желудочек мозга у крыс Вистар не изменяет оксидативный статус сенсомоторной коры (Перцов С.С., 1995). Отсутствие изменений ПОЛ в этой структуре головного мозга у животных после внутрижелудочкового введения ИЛ-ip может быть связано с тем, что данные опыты были выполнены на общей популяции крыс, без их предварительного разделения на группы особей с разной поведенческой активностью. Напротив, по данным Ishizuka Y. с соавторами (2008), введение ИЛ-ip крысам в медиальную префронтальную кору сопровождается увеличением уровня

гидроксильного радикала в этой структуре ЦНС. Однако периферическое введение животным этого цитокина не изменяло содержание гидроксильного радикала в указанной области головного мозга.

Таблица 2. Концентрация ТБК-реактивных продуктов (нм/мг белка) и активность антиоксидантных ферментов (ед. акт./мг белка) в гипоталамусе крыс разных экспериментальных групп (М±т)

Активные крысы Пассивные крысы

Контроль | Стресс Контроль | Стресс

ТБК-реактивные продукты

Физ. раствор 0.30±0.04 0.30±0.04 0.38±0.03 0.30+0.03

ИЛ-1Р 0.50±0.09+ 0.53+0.08 + 0.56+0.10 + 0.55+0.05 +

ИЛ-4 0.98±0.20++о 0.56±0.05++ 0.56±0.08+ 0.57+0.16

Глутатионпероксидаза

Физ. раствор 34.9±4.4ХХ 31.1±3.7 23.0±3.8 29.6±5.3

ИЛ-1Р 29.8±1.9 28.8±1.5 30.5±4.0 26.3+2.4

ИЛ-4 52.2+6.1и++ 56.3±9.2 х + и 38.2±8.2 32.6+3.4

Глутатионредуктаза

Физ. раствор 30.0±3.3 17.0±1.6 * _| 35.2±6.8 24.2+3.9

ИЛ-1Р 22.7+1.9++хх 24.4±2.0+ 28.9±1.9 30.9+4.9

ИЛ-4 25.9±6.5 33.7±4.3ХХ + 31.3±9.9 18.9+3.5

СиДп-супероксиддисмутаза

Физ. раствор 388.2+30.0 ™ 554.3±30.5 х * 478.0±28.8 377.7+26.9 **

ИЛ-1Р 447.1±29.0 465.2±20.0++хх 427.9+34.9 397.8+19.4

ИЛ-4 627.9±42.2 + и 654.1±41.7 ххи 647.7+13.4+ и 498.5+22.4 + и*

Примечание. *р<0,05 и **р<0,01 по сравнению с контрольными крысами; +р<0,05 и ++р<0,01 по сравнению с крысами, получавшими физиологический раствор; °/><0,05 по сравнению с крысами, получавшими ИЛ-1Р; *р<0,05 и *х/х0,01 по сравнению с пассивными крысами.

Интенсивность окислительных процессов в сенсомоторной коре поведенчески пассивных крыс практически не изменялась после инъекции ИЛ-4. Активация глутатионпероксидазы и Си/2п-супероксиддисмутазы у этих животных (в 1,43 [р<0,05] и 1,11 раза соответственно; табл. 3), вероятно, предупреждала изменения интенсивности ПОЛ на фоне введения ИЛ-4. Снижение концентрации ТБК-реактивных продуктов в сенсомоторной коре активных животных после введения ИЛ-4 (в 2,20 раза, р<0,05), по-видимому, обусловлено увеличением активности глутатионпероксидазы и СиЛ£п-супероксиддисмутазы в этих условиях (в 1,56 и 1,20 раза соответственно, р<0,05).

Введение ИЛ-4 сопровождалось накоплением ТБК-реактивных продуктов в миндалине поведенчески активных и пассивных крыс (в 1,33 и 1,48 [р<0,05] раза соответственно по сравнению с физиологическим раствором; табл. 4). Интенсификация свободнорадикального окисления в миндалине этих животных может быть обусловлена снижением активности глутатионпероксидазы (в 1,55

[р<0,01] и 1,54 [p<0,05] раза соответственно) и Cu/Zn-супероксиддисмутазы (в 1,34 [р<0,05] и 1,10 [р<0,01] раза соответственно).

Таблица 3. Концентрация ТБК-реактивных продуктов (нм/мг белка) и активность антиоксидантных ферментов (ед. акт./мг белка) в сенсомоторной коре крыс разных экспериментальных групп (М±т)

Активные крысы Пассивные крысы

Контроль | Стресс Контроль. | Стресс

ТБК-реактивные продукты

Физ. раствор 2,22±0,25 * 2,05±0,18 1,53+0,19 2,19+0,27*

ил-ip 1,38+0,21+х* 1,88±0,22х 2,36+0,20+ 1,27+0,16 ** ++

ИЛ-4 1,01±0,27+ 0,92i0,15++o° 1,29+0,1800 0,85±0,15++ *

Глутатионпероксндаза

Физ. раствор 24.Ш.6 28.2±3.5 22.0±1.3 28.4±1.8*

ил-ip 23.9±2.0 22.6±1.6 26.1±2.1 19.3+0.8* +

ИЛ-4 37.7±2.7ХХ+и 27.8±1.8 * хх 31.5±0.4оо + 22.3+1.2 ++ 00 *

Глутатнонредуктаза

Физ. раствор 25.2±2.7 23.1±2.2 28.9±2.1 24.6+3.2

ил-ip 25.5±2.3 34.2±4.7 ++ 31.6±4.6 30.6±2.4

ИЛ-4 28.8±5.1 м 30.8±4.2 хх 41.8+3.1 ++ 23.6+2.0 ии *

Cu/Zn-супероксиддисмутаза

Физ. раствор 274.4+11.1 ^ 340.5±34.5 320.4+13.3 331.0+24.0

ил-ip 420.0±29.7ХХ + 316.8±17.5ХХ** 332.1+24.8 364.1+11.1

ИЛ-4 327.9±22.7 + 319.6±8.4ХХ 355.3+18.4 297.0+8.7 ** и

Примечание. */><0,05 и **/х0,01 по сравнению с контрольными крысами; +р<0,05 и ++р<0,01 по сравнению с крысами, получавшими физиологический раствор; °р<0,05 и оор<0,01 по сравнению с крысами, получавшими ИЛ-IP; "р<0,05 и **р<0,01 по сравнению с пассивными крысами.

Таким образом, введение изученных нами цитокинов сопровождается преимущественно активацией ПОЛ в эмоциогенных структурах головного мозга крыс. Инъекция ИЛ-ip приводит к накоплению продуктов НОЛ во всех изученных структурах головного мозга поведенчески пассивных животных, а также в гипоталамусе активных особей. Полученные нами результаты согласуются с данными литературы. В экспериментах in vitro показано, что ИЛ-ip индуцирует продукцию активированных кислородных радикалов культивируемыми нейтрофильными гранулоцитами (Нестерова И.В., 1993), мезангиальными клетками (Bohler Т. et al., 2000), сперматозоидами человека (Fraczek М. et al., 2008) и другими клетками. Аналогичный эффект этого цитокина отмечен в экспериментах с клетками головного мозга млекопитающих. В частности, при инкубации культуры клеток гиппокампа 4- и 22-месячных крыс с ИЛ-ip выявлена активация ПОЛ (Murray С.А. et al., 1999). Выявленные изменения продукции свободнорадикальных молекул могут быть обусловлены модулирующим влиянием провоспалительных цитокинов на состояние микроглии в тканях ЦНС. ИЛ-1(3 активирует микроглию, стимулируя продукцию

активированных кислородных метаболитов. Кроме этого, активированная микроглия продуцирует значительные количества индуцибельной NO-синтазы и, как следствие, окиси азота, что также ведет к повреждениям нейронов и гибели клеток (Duncan A.J., Heales S.J., 2005; Halliwell В., 2006).

Необходимо отметить, что изменения оксидативного статуса биологических тканей млекопитающих, в свою очередь, сопровождаются накоплением провоспалительных цитокинов. В частности, одним из последствий повышенной генерации окиси азота и супероксид-аниона является увеличение продукции фактора некроза опухоли-а, ИЛ-lß, ИЛ-12 активированными астроцитами и микроглией (Crapo J.D., 2003; Duncan A.J., Heales S.J., 2005). При этом введение антиоксидантов предупреждает изменения цитокинового статуса клеток млекопитающих (Crapo J.D., 2003). Важно, что цитокин-опосредованная активация ПОЛ является одним из механизмов, лежащих в основе изменений оксидативного баланса при различных воздействиях. Так, инъекция рецепторного антагониста ИЛ-lß снижает уровень ТБК-реактивных продуктов в миокарде мышей, повышенный после введения доксорубицина (Zhu J. et ai, 2010).

В наших экспериментах показано,, что внутрибрюшинное введение ИЛ-4 приводит к активации ПОЛ в гипоталамусе крыс с разными типами поведения, а также в миндалине пассивных особей. Полученные данные согласуются с результатами работ других авторов. В ряде исследований in vitro и in vivo выявлено, что ИЛ-4 вызывает увеличение уровня активированных кислородных радикалов в клетках млекопитающих (Bober L.A. et al., 1995; Lee Y.W., Hirani A.A., 20061"Walch L. et al„ 2006; Park K.W. et ai, 2008; Lee Y.W. et ai, 2001; Lee Y.W. et al., 2010). В частности, инкубация культур нейтрофилов и клеток эндотелия вен человека с ИЛ-4 приводит к накоплению кислородных метаболитов - внеклеточного супероксид-аниона и гидроксильного радикала (Bober L.A. et ai, 1995; Lee Y.W. et ai, 2001; Lee Y.W. et ai, 2010). Введение в культуры клеток антиоксидантных соединений снижает индуцированную ИЛ-4 продукцию свободнорадикальных частиц (Walch L. et ai, 2006; Lee Y.W. et al., 2001; Lee Y.W. et ai, 2010). Инкубация клеток гиппокампа крыс с ИЛ-4 также сопровождается повышенным выделением активированных кислородных радикалов клетками микроглии и, как следствие, увеличением гибели нейронов. Введение антител к ИЛ-4 в культуру клеток предотвращает описанные выше эффекты цитокина (Park K.W. et ai, 2008). Возможным механизмом ИЛ-4-зависимого увеличения продукции свободнорадикальных соединений в клетках млекопитающих является повышение экспрессии провоспалительного цитокина ИЛ-6 и молекул адгезии сосудистого эндотелия (VCAM-1), опосредующих накопление кислородных метаболитов и перекисей. Определенный вклад в наблюдающиеся под

действием ИЛ-4 изменения вносит активация NADPH-оксидазы, циклооксигеназы и липооксигеназы, катализирующих образование супероксид-аниона и других токсичных форм кислорода. Введение ингибиторов этих ферментативных комплексов предупреждает накопление свободных радикалов (Park K.W. et al., 2008; Lee Y.W. et al., 2001; Lee Y.W. et al., 2010).

Таблица 4. Концентрация ТБК-реактивных продуктов (нм/мг белка) и активность антиоксидантных ферментов (ед. акт./мг белка) в миндалине крыс разных экспериментальных групп (М±т)

Активные крысы | Пассивные крысы

Контроль 1 Стресс Контроль 1 Стресс

ТБК-| неактивные продукты

Физ. раствор 3,19+0,56 3,68+0,41 2,36+0,26 3,42±0,36*

ИЛ-lß 2,60+0,16" 2,38±0,15 + * 4,05±0,60+ 3,38±0,47

ИЛ-4 4,23+0,37 00 4,12+0,32 00 3,50±0,35+ 3,59±0,26

Глутатионпероксидаза

Физ. раствор 33.7±3.3 32.7+2.7 33.5+5.2 39.1+4.0

ИЛ-lß 45.2±3.2++ 33.8+2.3 х * 46.3±4.7++ 45.6+1.3

ИЛ-4 21.7±1.8++и 25.1+5.0 ++ША 21.8+1.8 34.9+2.3 * °

Глутатионредуктаза

Физ. раствор 27.1±2.1 24.5+1.0 29.2+2.5 24.5+2.4

ИЛ-lß 30.0±2.1 34.5+2.2 + 29.4+2.6 34.9+3.5 ++

ИЛ-4 40.0+4.9++ш 35.7+3.2 + 31.2+3.0 35.0+3.8 ++

Cu/Zn-супероксиддисмутаза

Физ. раствор 406.7+20.8 380.8+12.4 350.1+10.5 352.6+25.2

ИЛ-lß 358.2+16.8 260.8+13.8 + * 417.2+22.8 t+ 288.6+8.5 *

ИЛ-4 303.5±18.9+ио 302.0+11.3 +ии 318.1+8.3 ++и 282.6+8.7 ++**

Примечание. *р<0,05 и **р<0,01 по сравнению с контрольными крысами; +р<0,05 и "р<0,01 по сравнению с крысами, получавшими физиологический раствор; и оо/)<0,01 по

сравнению с крысами, получавшими ИЛ-1р; *р<0,05 по сравнению с пассивными крысами.

Наши опыты продемонстрировали, что как ИЛ-lß, так и ИЛ-4 оказывают первичное воздействие преимущественно на антиоксидантную систему с последующими вторичными изменениями окислительного статуса тканей головного мозга у поведенчески пассивных и активных крыс. В работах ряда авторов описано регуляторное действие этих цитокинов на активность ферментов антиоксидантной защиты. В экспериментах in vitro выявлены разнонаправленные эффекты ИЛ-lß на активность Cu/Zn-супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы в культурах клеток (Borg L.A. et al„ 1992; Grzybowski A.E., 2000; Catalä M., Portoles M.T., 2002; Mathy-Hartert M. et al., 2008). Показано, что ИЛ-4 увеличивает экспрессию соответствующих генов и активность липоксигеназы и глутатион-8-трансферазы (Lanquoet S. et al., 1995; Kuhn H. et al., 1999; Schnurr K. et al., 1999).

Необходимо отметить, что выявленная нами при введении ИЛ-lß и ИЛ-4 повышенная генерация свободнорадикальных соединений с последующей активацией

ПОЛ могут играть важную роль в нормальной жизнедеятельности клеток. Так, активированные кислородные радикалы обеспечивают межклеточные взаимодействия, принимают участие в регуляции проницаемости клеточных мембран, проведении нервного импульса и транскрипции генов, активируют синтез простагландинов, лейкотриенов и дезоксирибонуклеотидов и т.д. (Мухутдинова Ф.И. с соавт., 2009; Juránek I., Bezek §., 2005; Halliwell В., Chineo S„ 1993). Кроме этого, процессы ПОЛ способствуют обновлению липидной части биологических мембран (Juránek I., Bezek §., 2005).

Окислительные и антноксидантные процессы в головном мозге крыс после острой эмоциональной стрессорной нагрузки

В дальнейших опытах мы исследовали соотношение окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга крыс после острой стрессорной нагрузки на модели 1-часовой иммобилизации животных с одновременным нанесением электрокожного раздражения подпороговой силы в стохастическом режиме.

Показано, что острый эмоциональный стресс не оказывает значимого влияния на содержание ТБК-реактивных продуктов в гипоталамусе крыс с разной поведенческой активностью (табл. 2). В гипоталамусе поведенчески пассивных животных формирование отрицательного эмоционального состояния сопровождалось снижением активности глутатионредуктазы и Cu/Zn-супероксиддисмутазы (в 1,45 и 1,27 [р<0,01] раза соответственно по сравнению с нестрессированными особями). Отсутствие изменений интенсивности ПОЛ на фоне снижения активности указанных ферментов в гипоталамусе пассивных крыс после стрессорной нагрузки свидетельствует о преимущественном участии в регуляции свободнорадикальных процессов в этих условиях других, не исследованных нами эндогенных соединений с антиоксидантными . свойствами. Антиоксидантное действие могут оказывать, в частности, глюкокортикоиды, катехоламины и серогонин, продукция которых значительно возрастает при формировании стрессорной реакции (Белова Т.Н., Кветнанский Р., 1987; Барабой В.А., 1991; Бурлакова Е.Б. с соавт., 1992; Schneiderman N. et al., 2005). У поведенчески активных крыс разнонаправленные изменения активности ферментов антиоксидантной защиты в гипоталамусе, по-видимому, компенсировали возможные изменения ПОЛ при эмоциональной стрессорной нагрузке (табл. 2). После стрессорного воздействия в гипоталамусе этих животных отмечено снижение активности глутатионредуктазы (в 1,76 раза,р<0,05 по сравнению с нестрессированными особями), но увеличение активности Cu/Zn-супероксиддисмутазы (в 1,43 раза, р<0,05).

Результаты наших опытов согласуются с данными, полученными другими исследователями. Показано, что 1-часовой иммобилизационный стресс не изменяет уровень продуктов ПОЛ в гипоталамусе крыс Вистар и Вэг, но увеличивает этот показатель у крыс Август (Сосновский A.C., Козлов A.B., 1992; Перцов С.С. с соавт., 1995). Интенсивность окислительных процессов также не изменялась в гипоталамусе активных и пассивных крыс Вистар, подвернутых острому водно-иммерсионному стрессу (Перцов С.С., Пирогова Г.В., 2004), однако увеличивалась у животных после хронического водно-иммерсионного стресса (HaleagraharaN. et al., 2009).

Выявленные в нашей работе значимые изменения активности антиоксидантных ферментов в гипоталамусе крыс на фоне неизменного содержания ТБК-реактивных продуктов свидетельствуют о высокой функциональной активности антиоксидантной системы в указанной области головного мозга. Обнаруженные особенности, по-видимому, обеспечивают относительное постоянство гомеостазиса этой пейсмекерной структуры мозга у млекопитающих при экстремальных воздействиях различного характера (Судаков К.В., 1981, 1997; Fontes М.А. et al., 2011; Koolhaas Y.M. etal, 2011).

В наших опытах установлено, что острая стрессорная нагрузка сопровождается однонаправленными изменениями ПОЛ в сенсомоторной коре и миндалине крыс с разными параметрами поведения. Эмоциональный стресс приводил к накоплению ТБК-реактивных продуктов в указанных структурах головного мозга у пассивных животных (в 1,43 и 1,45 раза соответственно, р<0,05 по сравнению с нестрессированными особями; табл. 3, 4). Наблюдающееся в сенсомоторной коре и миндалине этих крыс увеличение активности глутатионпероксидазы (в 1,29 [р<0,05] и. 1,17 раза соответственно), по-видимому, являлось вторичной компенсаторной реакцией на интенсификацию ПОЛ. В отличие от поведенчески пассивных особей, содержание ТБК-реактивных продуктов в «сенсомоторной коре активных крыс практически не изменялось в условиях иммобилизации с одновременным электрокожным раздражением (табл. 3). Выявленная после острого стрессорного воздействия активация Cu/Zn-супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы (в 1,24 и 1,17 раза соответственно, статистически недостоверно) в сенсомоторной коре активных животных, вероятно, предупреждала интенсификацию ПОЛ в этих условиях. Полученные нами результаты подтверждаются данными других авторов. В экспериментах A.C. Сосновского (1992) было обнаружено, что при остром эмоциональном стрессе у крыс концентрация продуктов ПОЛ в затылочно-теменной, лимбической и сенсомоторной коре увеличивается. Показано, что чередование различных эмоциогенных и физических стрессоров разной силы, так называемый «непредсказуемый стресс», сопровождается интенсификацией ПОЛ с последующим

увеличением активности глутатионпероксидазы во фронтальной коре крыс (Ahmad А. et al., 2010). Острый стресс, вызванный нанесением электрического раздражения на лапы животных (foot-shock stress), не приводил к изменениям уровня ТБК-реактивных продуктов в префронталыгай коре, но вызывал достоверное увеличение активности глутатионпероксидазы в этой структуре головного мозга (Uysal N. et al., 2005).

Выявленное нами избирательное увеличение активности глутатионпероксидазы в сенсомоторной коре и миндалине крыс, подвергнутых стрессорной нагрузке, позволяет предположить, что этот антиоксидантный фермент наиболее "чувствителен" к стресс-индуцированной интенсификации ПОЛ (Кулинский В.И., Колесниченко Л.С., 1993). Полученные данные указывают на то, что активация глутатионпероксидазы направлена на быстрое подавление окислительных процессов в головном мозге млекопитающих при отрицательных эмоциогенных воздействиях (Кулинский В.И., Колесниченко Л.С., 1993; Sahin Е., Gumuslu S., 2004; Uysal N. et al., 2005; Ahmad A. et al., 2010).

Окислительные и антиоксидантные процессы в головном мозге крыс при острой стрессорной нагрузке на фоне введения ИЛ-ip или ИЛ-4

На заключительном этапе экспериментального исследования мы изучили ПОЛ и активность антиоксидантных ферментов в эмоциогенных структурах головного мозга крыс при острой эмоциональной стрессорной нагрузке на фоне предварительного внутрибрюшинного введения провоспалительного цитокина ИЛ-ф или противовоспалительного цитокина ИЛ-4.

Острая стрессорная нагрузка после введения ИЛ-ф сопровождалась накоплением ТБК-реактивных продуктов в гипоталамусе поведенчески активных и пассивных крыс (в 1,77 и 1,83 раза соответственно, р<0,05 по сравнению со сгрессированными животными, получавшими физиологический раствор). Однако интенсивность ПОЛ в гипоталамусе крыс в указанных условиях не отличалась от таковой у нестрессированных особей, получавших ИЛ-ф (табл. 2). У поведенчески активных животных ИЛ-ф предупреждал изменения активности Cu/Zn-супероксиддисмутазы и глутатионредуктазы в гипоталамусе, выявленные после стрессорного воздействия. В указанных условиях активность глутатионредуктазы увеличивалась в 1,44 раза (р<0,05 по сравнению с физиологическим раствором), а Cu/Zn-супероксиддисмутазы снижалась в 1,19 раза (р<0,01; табл. 2).

Как и в опытах с ИЛ-ф, предварительное введение ИЛ-4 сопровождалось накоплением ТБК-реактивных продуктов в гипоталамусе поведенчески активных и пассивных крыс, подвергнутых острой стрессорной нагрузке (в 1,87 [р<0,01] и 1,90 раза соответственно по сравнению с животными, получавшими физиологический

раствор; табл. 2). Стрессорное воздействие после инъекции ИЛ-4 приводило к активации Си/2п-супероксиддисмутазы в гипоталамусе у пассивных животных (в 1,32 раза, р<0,05), а также глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы у активных особей (в 1,81 и 1,98 раза соответственно, р<0,05).

Предварительное введение ИЛ-1(3 или ИЛ-4 предупреждало стресс-индуцированные изменения окислительных и антиоксидантных процессов в сенсомоторной коре поведенчески пассивных крыс. После инъекции изученных цитокинов отмечено снижение концентрации ТБК-реактивных продуктов и активности глутатионпероксидазы в сенсомоторной коре пассивных животных, подвергнутых стрессорному воздействию (в 1,72 [р<0,01] и 1,47 раза |р<0,05] соответственно - ИЛ-1Р; в 2,58 и 1,27 раза соответственно (р<0,01) - ИЛ-4; табл. 3). Следует отметить, что как изолированное воздействие стресса, так и введение ИЛ-1Р или ИЛ-4 нестрессированным крысам приводят к активации глутатионпероксидазы в сенсомоторной коре пассивных особей. Вероятно, сочетанное воздействие этих двух факторов, каждый из которых активирует глутатионпероксидазу в сенсомоторной коре, приводит к истощению буферной емкости указанного фермента и уменьшению его активности. Снижение интенсивности ПОЛ в сенсомоторной коре животных в этих условиях может быть обусловлено действием не исследованных нами антиоксидантов, активно вовлекаемых в подавление свободнорадикальных реакций.

В сенсомоторной коре поведенчески активных крыс активация глутатионредуктазы, выявленная после стрессорной нагрузки на фоне введения ИЛ-1Р (в 1,48 раза, /?<0,01 по сравнению со стрессированными особями, получавшими физиологический раствор), по-видимому, предупреждала возможные изменения ПОЛ в этой структуре мозга (табл. 3). Предварительная инъекция ИЛ-4 сопровождалась снижением концентрации ТБК-реактивных продуктов в сенсомоторной коре активных особей после острого стрессорного воздействия (в 2,23 раза, /2<:0,01). Активность изученных антиоксидантных ферментов в этих условиях не изменялась (табл. 3). Можно предположить, что уменьшение интенсивности ПОЛ в этой структуре головного мозга активных животных при острой стрессорной нагрузке на фоне введения ИЛ-4 связано с активацией неизученных нами антиоксидантов.

Содержание продуктов ПОЛ в миндалине поведенчески пассивных крыс, подвергнутых стрессорному воздействию, не изменялось после внутрибрюшинного введения ИЛ-1Р или ИЛ-4 (по сравнению со стрессированными животными, получавшими физиологический раствор; табл. 4). Следует отметить, что уровень ТБК-реактивных продуктов в миндалине животных этих групп был ниже, чем у интактных крыс, получавших цитокины. Введение ИЛ-1Р и ИЛ-4 до стрессорной нагрузки сопровождалось снижением активности Си/2п-супероксиддисмутазы (в 1,22

и 1,25 раза соответственно, р<0,01 по сравнению с физиологическим раствором) и увеличением активности глутатионредуктазы (в 1,42 и 1,43 раза соответственно, р<0,01; табл. 4) в миндалине пассивных особей. Можно предположить, что разнонаправленные изменения активности Си/7п-супероксиддисмутазы и глутатионредуктазы в миндалине крыс этих групп предупреждают возможные изменения свободнорадикальных процессов. Таким образом, предварительное введение ИЛ-1(3 и ИЛ-4 вносит вклад в поддержание гомеостазиса тканей указанной структуры головного мозга при последующем воздействии стрессорных факторов.

Разнонаправленные изменения активности антиоксидантных ферментов в миндалине стрессированных активных крыс, получавших ИЛ-4 - снижение активности Си^п-супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы (в 1,26 [р<0,05] и 1,30 раза [р<0,01] соответственно по сравнению со стрессированными особями, получавшими физиологический раствор) и повышение активности глутатионредуктазы (в 1,46 раза, р<0,05) - предупреждали изменения ПОЛ в указанной области мозга этих животных (табл. 4). Как и в экспериментах с ИЛ-4, стрессорная нагрузка на фоне предварительного введения ИЛ-1Р вызывала снижение активности Си/7п-супероксиддисмутазы и повышение активности глутатионредуктазы в миндалине активных особей (в 1,46 и 1,41 раза соответственно, /?<0,05). Выявленные изменения сопровождались снижением концентрации ТБК-реакгивных продуктов в миндалине животных (в 1,55 раза, р><0,05; табл. 4), что свидетельствует об участии неисследованных нами соединений с антиоксидантными свойствами в регуляции оксидативного баланса этой структуры головного мозга.

Относительные изменения окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге крыс в условиях острой стрессорной нагрузки и при введении

ИЛ-1Р или ИЛ-4.

Для обобщения полученных экспериментальных данных и комплексной оценки прооксидантно-антиоксиданткого баланса в структурах головного мозга у крыс в разных экспериментальных условиях мы проанализировали индекс изменений интенсивности окислительных и антиоксидантных процессов.

Введение ИЛ-1(3 пассивным крысам сопровождалось увеличением интенсивности ПОЛ и активности ферментов антиоксидантной защиты во всех изученных структурах головного мозга (на 48,9 и 13,6% соответственно - в гипоталамусе; на 53,9 и 31,6% соответственно - в сенсомоторной коре; на 71,6 и 58,1% соответственно - в миндалине; по сравнению с особями, получавшими физиологический раствор; рис. 1-3). В гипоталамусе поведенчески активных животных ИЛ-ф вызывал интенсификацию свободнорадикального окисления (на 65,5%), но снижение активности антиоксидантных ферментов (на 23,8%, рис. 1А).

Напротив, в сенсомоторной коре и миндалине активных особей, получавших ИЛ-1|3, интенсивность ПОЛ снижалась (на 37,7 и 18.5% соответственно; по сравнению с физиологическим раствором), а активность ферментов антиоксидантной защиты повышалась (на 53,4 и 32,9% соответственно; рис. 2А, ЗА).

Гипоталамус активные крысы ФР+С ИЛ-1 ИЛ-1+С ИЛ-4 ИЛ-4+С

250.0 200,0 150,0

юо.о

50,0 0,0 ■50,0 -100,0

■ ■

■ Окислительные процессы О Антиоксидэнтная защита

Гипоталамус пассивные крысы

ФР+С ИЛ-1 ИЛ-1+С

И/1-4 ИЛ-4+С

250,0 200.0 150,0 100,0 50,0 0.0 -50,0 -100.0

■......

I Окислительные процессы О Антиоксидэнтная защита

Рисунок 1. Индекс окислительных и антиоксидантных процессов в гипоталамусе у поведенчески активных (А) и пассивных крыс (Б, %).

Здесь и на рис. 2, 3. ФР, ИЛ-1, ИЛ-4 - нестрессированные крысы, получавшие физиологический раствор, ИЛ-1 Р и ИЛ-4 соответственно; ФР+С, ИЛ-1+С, ИЛ-4+С - крысы, подвергнутые стрессорной нагрузке после введения физиологического раствора, ИЛ-1(} и ИЛ-4 соответственно.

Инъекция ИЛ-4 сопровождалась интенсификацией окислительных процессов и увеличением активности антиоксидантных ферментов в гипоталамусе: у активных крыс - на 222,4 и 97,7% соответственно, у пассивных животных - на 48,4 и 90,5% соответственно (по сравнению физиологическим раствором; рис. 1). В сенсомоторной коре этих животных интенсивность свободнорадикального окисления липидов снижалась (на 54,6 и 15,6% соответственно), а активность антиоксидантных ферментов увеличивалась (на 106,6 и 98,7% соответственно; рис. 2). Напротив, в миндалине активных и пассивных крыс, получавших ИЛ-4. наблюдалось увеличение интенсивности ПОЛ (на 32,5 и 48,2% соответственно) и снижение активности антиоксидантных ферментов (на 13,4 и 37,2% соответственно; рис. 3).

Сенсомоторная кора активные крысы

ФР+С ИЛ-1 ИЛ-1+С ИЛ-4 ИЛ-4+С

120,0 90,0 60,0 30.0 0,0 -30,0 -60.0 -90,0 -120,0

......п' ^' ^11 ' ^

2 Сенсомоторная кора

пассивные крысы

ФР ФР+С ИЛ-1 ИЛ-1+С ИЛ-4 ИЛ-4+С

120.0 90,0 -60,0 30,0 0.0 -30,0 -60.0 -90,0 -1200

I Окислительные процессы □ Антиоксидэнтная защита

I Окислительные процессы ОАнтиоксидантная защита

Рисунок 2. Индекс окислительных и антиоксидантных процессов в сенсомоторной коре у поведенчески активных (А) и пассивных крыс (Б, %).

Острая стрессорная нагрузка у поведенчески пассивных крыс вызывала снижение интенсивности как окислительных процессов, так и степени антиоксидантной защиты в гипоталамусе (на 19,7 и 23.5% соответственно по сравнению с физиологическим раствором; рис. 1Б). Напротив, в сенсомоторной коре этих животных отмечена интенсификация ПОЛ и увеличение активности антиоксидантных ферментов (на 42,7 и 17,5% соответственно; рис. 2Б). В указанных условиях в миндалине у пассивных крыс наблюдалась активация свободнорадикальных процессов (на 44,7%).

Как и у пассивных особей, в сенсомоторной коре стрессированных активных крыс выявлено усиление антиоксидантной защиты на 32,8%. Активность ферментов антиоксидантной защиты в миндалине активных особей снижалась на 19,8% после стрессорной нагрузки (рис. 1А).

Миндалина активные крысы

ФРК ИЛ-1 ИЛ-1+С

ИЛ-4 ИЛ-4+С

Миндалина пассивные крысы

ФР+С ИЛ-1 ИЛ ис ИЛ-4

80,0 60.0 40,0

20.0 0,0 -20,0

Лт

100,0 80.0 н 60.0 40,0 20,0 О.О ■20,0 -40,0

.......■ -

I-,-Нн--. ^^ } .-И--,-1

■ Окислительные процессы □ Антиоксидантная защита

Рисунок 3. Индекс окислительных и антиоксидантных процессов в миндалине у

¿у» .

поведенчески активных (А) и пассивных крыс (Б, %).

Предварительное введение ИЛ-1(3 и ИЛ-4 предупреждало постстрессорные изменения окислительно-антиоксидантного баланса в сенсомоторной коре поведенчески пассивных крыс. У этих животных отмечено снижение интенсивности ПОЛ (на 59,8% и 86.6% соответственно; рис. 2Б) и эффективности антиоксидантной защиты (на 10.3% и 41.8% соответственно). _

В связи с выявленными в нашей работе сложными и подчас разнонаправленными изменениями оксидативного статуса эмоциогенных структур головного мозга крыс в разных экспериментальных условиях, возникла необходимость систематизации полученных данных путем создания общей схемы, иллюстрирующей соотношение окислительных и антиоксидантных процессов в тканях ЦНС (табл. 5). Известно, что в условиях физиологической нормы в тканях млекопитающих существует динамический баланс между свободнорадикальными реакциями и антиоксидантной защитой (Гуляева Н.В., 1989; Барабой В.А., 1992; Сазонова Т.Г., Архипенко Ю.В., 2007). При разработке указанной выше схемы мы исходили из того, что такой баланс характерен для крыс, получавших физиологический раствор. Нами обнаружено, что острое стрессорное воздействие и

введение иммуномодуляторных цитокинов сопровождаются изменением интенсивности окислительных и антиоксидантных реакций в ткани головного мозга крыс. На схеме активация или подавление указанных процессов обозначены соответственно стрелками, направленными вверх или вниз (табл. 5). Эти изменения приводят к нарушению нормального соотношения прооксидантов и антиоксидантов, что, по данным ряда авторов (.(игапек I., Вегек §., 2005; НаШ\уе11 В., 2006), обуславливает развитие многих патологических состояний.

Таблица 5. Соотношение окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга крыс в разных экспериментальных условиях

Гипоталамус

Активные крысы

Пассивные крысы

Сенсомоторная кора

Активные крысы

Пассивные крысы

Миндалина

Активные крысы

Пассивные крысы

ФР

ФР+С*

■*■___

шыр*

ИЛ-4*

ИЛ-ф+С#

ИЛ-4+С#

—

- окислительные процессы;

- антиоксидантные процессы.

Примечание. ■*••

ФР, ИЛ-1, ИЛ-4 — нестрессированные крысы, получавшие физиологический раствор, ИЛ-1Р и ИЛ-4 соответственно; ФР+С, ИЛ-1+С, ИЛ-4+С - крысы, подвергнутых стрессорной нагрузка после введения физиологического раствора, И Л-1(3 и ИЛ-4 соответственно. * - по сравнению с ФР; # - по сравнению с ФР+С.

Проведенные нами исследования позволили прийти к следующему заключению. Провоспалительный цитокин ИЛ-1Р и противовоспалительный цитокин ИЛ-4 оказывают сходное влияние на оксидативный статус тканей гипоталамуса, миндалины и сенсомоторной коры мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками как в исходном состоянии, так и при острой эмоциональной стрессорной нагрузке. Описанные данные согласуются с результатами, полученными в наших предыдущих исследованиях. Установлено, что ИЛ-ф и ИЛ-4 оказывают однонаправленное действие на массу органов-маркеров стресса (тимуса, надпочечников и селезенки), массовую концентрацию альбумина в сыворотке крови и его связывающую способность, клеточный состав крови, содержание глюкозы в крови крыс (Перцов С.С. с соавт., 2010, 2011; Коплик Е.В. с соавт., 2011; Калиниченко Л.С. с соавт., 2011). Сходные эффекты указанных цитокинов, по-видимому, обусловлены наличием у ИЛ-4 двойственных свойств. Показано, что ИЛ-4

может оказывать как провоспалительное, так и противовоспалительное воздействие на биологические ткани млекопитающих. Ингибирующее влияние ИЛ-4 на экспрессию генов ИЛ-ip, продукцию и эффекты этого цитокина было документировано во многих экспериментальных исследованиях (Cunha F.Q. et al., 1999; Opal S.M., DePalo V.A., 2000; Nolan Y. et al., 2005; Tausk F. et al., 2008; Doi H. et al., 2008). Показано, что ИЛ-4 блокирует рецепторы ИЛ-ip, а также увеличивает синтез его рецепторного антагониста. С другой стороны, ИЛ-4 увеличивает продукцию провоспалительного цитокина ИЛ-6 (Steinke J.W., Borish L., 2001; Lee Y.W. et al., 2010). В соответствии со свойствами противовоспалительных соединений, предварительное центральное введение крысам ИЛ-4 предупреждает увеличение продукции провоспалительных медиаторов в ответ на инъекцию липополисахарида. Однако в условиях совместного действия ИЛ-4 потенцирует эффекты липополисахарида, что свидетельствует о наличии у этого цитокина провоспалительных свойств (Bluthe R.M. et al., 2002). По мнению S.M. Opal и V.A. DePalo (2000), все противовоспалительные цитокины оказывают двойственные - как противо-, так и провоспалительные - эффекты. Очевидно, что характер действия цитокинов у млекопитающих во многом определяется физиологическим состоянием организма, наличием синергистов или антагонистов, а также плотностью и аффинностью рецепторов к иммуномодуляторным соединениям.

Нами обнаружены регионарные особенности действия ИЛ-1р и ИЛ-4 на свободнорадикальные процессы в тканях ЦНС у крыс, что указывает на специфику вовлечения эмоциогенных структур мозга в системную организацию физиологических функций млекопитающих в нормальных условиях и при формировании отрицательных эмоциональных состояний. В наших экспериментах установлено, что изученные цитокины предупреждают стресс-индуцированные изменения свободнорадикальных процессов и антиоксидантной защиты в сенсомоторной коре поведенчески пассивных животных. Показано, что изменения оксидативного статуса гипоталамуса и сенсомоторной коры крыс, получавших инъекции ИЛ-ip или ИЛ-4 в исходном состоянии и при остром стрессорном воздействии, более выражены у поведенчески активных животных, чем у пассивных особей.

ВЫВОДЫ

1. Провоспалительный цитокин интерлейкин-ф и противовоспалительный цитокин интерлейкин-4 оказывают сходное воздействие на соотношение окислительных и антиоксидантных процессов в гипоталамусе, сенсомоторной коре и миндалине у крыс с разной поведенческой активностью.

2. Внутрибрюшинное введение интерлейкина-1р и интерлейкина-4 оказывает модулирующее влияние на активность антиоксидантных ферментов -глутатионпероксидазы, глутатионредуктазы и Си/2п-супероксиддисмутазы - с последующим изменением окислительного статуса тканей головного мозга крыс. Воздействие изученных цитокинов сопровождается преимущественно интенсификацией перекисного окисления липидов в гипоталамусе и миндалине животных.

3. Острый эмоциональный стресс у крыс на модели иммобилизации с одновременным электрокожным раздражением приводит к увеличению интенсивности свободнорадикальных процессов в миндалине и сенсомоторной коре поведенчески пассивных животных. В гипоталамусе крыс с разными параметрами поведения, а также в сенсомоторной коре активных особей, подвергнутых стрессорному воздействию, изменения эффективности антиоксидантной защиты предотвращают возможные изменения перекисного окисления липидов.

4. Предварительное внутрибрюшинное введение интерлейкина-1р и интерлейкина-4 предупреждает постстрессорную активацию свободнорадикальных процессов и изменения антиоксидантной защиты в сенсомоторной коре поведенчески пассивных крыс.

5. Изменения оксидативного статуса гипоталамуса и сенсомоторной коры крыс, выявленные при введении интерлейкина-1р или интерлейкина-4 как в исходном состоянии, так и при острой эмоциональной -стрессорной нагрузке, более выражены у поведенчески активных животных, чем у пассивных особей.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Перцов С.С., Коплик Е.В., Калиниченко Л.С., Симбирцев A.C. Влияние интерлейкина-lß на перекисное окисление липидов в эмоциогенных структурах головного мозга крыс при острой стрессорной нагрузке // Бюл. экспер. биол. мед. -

2010. - т. 150, №7. - с. 13-16.

2. Перцов С.С., Коплик Е.В., Калиниченко Л.С. Сравнительный анализ действия цитокинов на состояние тимуса, надпочечников и селезенки у крыс с разными поведенческими характеристиками // Бюл. экспер. биол. мед. - 2010. - т. 150, №9. -с. 244-247.

3. Перцов С.С., Калиниченко Е.В., Коплик Е.В. Прооксидантно-антиоксидантный баланс головного мозга крыс при изменении иммунного статуса // Российский аллергологический журнал. - 2011. - №4, вып.1. - с. 288-290.

4. Перцов С.С., Коплик Е.В., Калиниченко Л.С. Модулирующее влияние интерлейкина-4 на свободнорадикальные процессы в головном мозге крыс при эмоциональном стрессе// Бюл. экспер. биол. мед. - 2011. - т. 151, №4. - с. 376-380.

5. Перцов С.С., Коплик Е.В., Калиниченко Л.С. Интенсивность окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге крыс с разными параметрами поведения при острой стрессорной нагрузке // Бюл. экспер. биол. мед. - 2011. - т. 152, №7. - с. 4-8.

6. Калиниченко Л.С., Перцов С.С. Действие про- и противоспалительных цитокинов на состояние органов-маркеров стресса у крыс с разной эмоциональной реактивностью // Тезисы Шестого Международного Междисциплинарного конгресса «Нейронаука для медицины и психологии», Судак, Крым, Украина, 5-15 июня 2010, с. 149-150.

7. Калиниченко Л.С. Оксидативный статус эмоциогенных структур головного мозга у крыс с разной устойчивостью к стрессорным нагрузкам при введении интерлейкина-4 // Материалы XVIII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «ЛОМОНОСОВ-2011» [Электронный ресурс] — М.: МАКС Пресс,

2011.-е. 25.

8. Калиниченко Л.С., Перцов С.С., Коплик Е.В. Сравнительный анализ влияния про- и противовоспалительных цитокинов на перекисное окисление липидов в головном мозге крыс с разной устойчивостью к эмоциональному стрессу // Тезисы Седьмого Международного Междисциплинарного конгресса «Нейронаука для медицины и психологии», Судак, Крым, Украина, 3-13 июня 2010, с. 203-204.

9. Калиниченко Л.С. Действие интерлейкина-4 на антиоксидантную защиту головного мозга у крыс при эмоциональном стрессе // Тезисы II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Медико-биологические аспекты мультифакторной патологии», Курск, 17-19 мая 2011г., с. 189-190.

10. Калиниченко Л.С. Соотношение окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге крыс при остром эмоциональном стрессе: влияние интерлейкина-4 // Тезисы III Международного симпозиума «Взаимодействие нервной и иммунной систем в норме и патологии», Санкт-Петербург, 7-10 июня 2011г., с. 25, 101-102.

Подписано в печать: 29.01.2012 Объем: 2 усл.п.л. Тираж: 100 экз. Заказ №732 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, Ленинградский пр-т, д.74, корп.1 (495) 790-47-77; www.reglet.ru

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Калиниченко, Любовь Сергеевна, Москва

61 12-3/544

Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт нормальной физиологии имени П.К. Анохина" РАМН

На правах рукописи УДК 591.1

Калиниченко Любовь Сергеевна

03.03.01 Физиология

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: д.м.н. Перцов Сергей Сергеевич

Москва, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

Введение....................................................................................................................5

Обзор литературы....................................................................................................12

1. Механизмы формирования эмоционального стресса...................................12

1.1. Нейрохимические механизмы эмоционального стресса...........................13

1.2. Гормональные механизмы эмоционального стресса.................................17

1.3. Индивидуальная устойчивость к негативным последствиям эмоционального стресса и методы ее прогнозирования..................................18

2. Прооксидантно-антиоксидантный баланс тканей организма при эмоциональном стрессе........................................................................................22

3. Роль цитокинов в формировании эмоционального стресса.........................25

3.1. Интерлейкин-1 (3 и его участие в развитии стрессорного ответа..............28

3.2. Интерлейкин-4 и его участие в развитии стрессорного ответа................36

Методика исследования..........................................................................................43

Результаты исследований.......................................................................................61

1. Верификация формирования отрицательного эмоционального состояния у крыс при остром стрессорном воздействии на модели иммобилизации с одновременным электрокожным раздражением...............................................61

1.1. Содержание кортикостерона в сыворотке крови крыс, подвергнутых острой эмоциональной стрессорной нагрузке...................................................61

1.2. Органы-маркеры стресса у крыс, подвергнутых острой эмоциональной стрессорной нагрузке...........................................................................................62

2. Свободнорадикальные процессы в головном мозге крыс при острой эмоциональной стрессорной нагрузке на фоне введения цитокинов.............65

2.1. Перекисное окисление липидов в структурах головного мозга крыс при острой эмоциональной стрессорной нагрузке...................................................66

2.2. Перекисное окисление липидов в структурах головного мозга крыс при введении интерлейкина-1(3..................................................................................68

2.3. Перекисное окисление липидов в структурах головного мозга крыс при введении интерлейкина-4....................................................................................71

3. Антиоксидантная защита головного мозга крыс при острой эмоциональной стрессорной нагрузке на фоне введения цитокинов.............75

3.1. Активность антиоксидантных ферментов в структурах головного мозга крыс при острой эмоциональной стрессорной нагрузке..................................75

3.2. Активность антиоксидантных ферментов в структурах головного мозга крыс при введении интерлейкина-lß..................................................................76

3.3. Активность антиоксидантных ферментов в структурах головного мозга крыс при введении интерлейкина-4....................................................................87

4. Изменения окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге крыс в условиях острой эмоциональной стрессорной нагрузки и при введении цитокинов.............................................................................................95

4.1. Индекс относительных изменений окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга крыс при острой эмоциональной стрессорной нагрузке...........................................................................................95

4.2. Индекс относительных изменений окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга крыс при введении интерлейкина-lß...................................................................................................96

4.3. Индекс относительных изменений окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга крыс при введении интерлейкина-4.....................................................................................................98

Обсуждение результатов.......................................................................................106

Выводы...................................................................................................................125

Список использованной литературы...................................................................126

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

ИЛ - интерлейкин;

ПОЛ - перекисное окисление липидов; ЦНС - центральная нервная система; АКТГ - адренокортикотропный гормон;

Си/Хп- супероксидидисмутаза - СиМп-содержащая супероксидидисмутаза; ТБК-реактивные продукты - продукты, реагирующие с тиобарбитуровой кислотой.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования

В экспериментальных исследованиях эмоционального стресса были выявлены индивидуальные различия чувствительности животных к развитию негативных последствий стрессорных воздействий (Юматов Е.А., Скоцеляс Ю.Г., 1979; Судаков К.В., 1981; Юматов Е.А., 1986; Feder A. et al, 2009; O'Machony С.М. et al., 2011). Большое значение имеет возможность прогнозирования устойчивости или предрасположенности субъектов к стрессорным нагрузкам до возникновения конфликтных ситуаций. В опытах Е.В. Коплик (2002) было показано, что надежным прогностическим критерием чувствительности крыс к эмоциональному стрессу являются особенности их поведения в тесте «открытое поле». В частности, поведенчески активные животные оказались более устойчивыми к стрессорным воздействиям по сравнению с пассивными особями.

генерации активированных кислородных метаболитов, нарушение нормального соотношения про- и антиоксидантов и, как следствие, чрезмерная активация ПОЛ в клетках является универсальным механизмом повреждения биологических тканей при стрессе (Ланкин В.З. с соавт., 2001, Halliwell В., 2006; Adibhatla R.M., Hatcher J.F., 2008).

Изменение оксидативного статуса клеток представляется наиболее значимым в структурах головного мозга (Сосновский A.C., Козлов A.B., 1992; Halliwell В., 2011). Это связано с избытком свободного кислорода и дефицитом антиоксидантных ферментов в нервных клетках, а также с высоким содержанием в них полиненасыщенных жирных кислот, являющихся мишенью для радикалов (Halliwell В., 2006; Adibhatla R.M., Hatcher J.F., 2008). Значительная вариабельность окислительных процессов в головном мозге создает предпосылки для развития таких заболеваний, как шизофрения, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона (Halliwell В., 2006; Adibhatla R.M., Hatcher J.F., 2008) и синдром Дауна (Ishihara К. et al., 2009).

Одной из наиболее серьезных дисфункций, возникающих у млекопитающих при стрессорных воздействиях, является нарушение иммунного статуса организма (Корнева Е.А. с соавт., 1987; Крыжановский Г.Н. с соавт., 2003; Магаева C.B., Морозов С.Г., 2005; Schneider R.H. et al, 2005; Tausk F. et al., 2008). В частности, формирование отрицательных эмоциональных состояний сопровождается изменениями цитокинового профиля биологических сред у млекопитающих (Перцов С.С. с соавт., 2009; Tausk F. et al, 2008; Dhabhar F.S., 2009).

Цитокины — класс эндогенных полипептидных медиаторов межклеточных взаимодействий, регулирующих ряд физиологических функций клеток. Они обеспечивают поддержание клеточного и тканевого гомеостаза, способствуют формированию защитных реакций организма при воздействии чужеродных факторов и нарушении целостности тканей (Кетлинский С.А., Симбирцев A.C., 2008).

Состояние иммунных функций организма во многом определяется соотношением провоспалительных (ИЛ-1(3, ИЛ-2, ИЛ-6, интерферон-у, фактор некроза опухоли-a и др.) и противовоспалительных цитокинов (ИЛ-4, ИЛ-10, ИЛ-13, трансформирующий фактор роста J3). В настоящее время особое внимание исследователей привлекают ИЛ-1(3 и ИЛ-4, что связано с биологической ролью этих цитокинов у млекопитающих.

Провоспалительный цитокин ИЛ-1(3 запускает каскад секреции других цитокинов в организме, является одним из медиаторов острой фазы стрессорной реакции, оказывает активирующее влияние на гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковый комплекс (Gadek-Michalska A. et al., 2008). В отличие от ИЛ-1(3, ИЛ-4 снижает функциональную активность гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой оси (Turnbull A.V., Rivier C.L., 1999). ИЛ-4 подавляет продукцию провоспалительных цитокинов, в частности ИЛ-1(3, и стимулирует образование его рецепторного антагониста (Кетлинский С.А., Симбирцев А.С., 2008; Turnbull A.V., Rivier C.L., 1999; Tausk F. et al., 2008; Doi N. et al., 2008). Необходимо отметить, что эти цитокины участвуют в регуляции разных звеньев иммунного ответа: провоспалительный ИЛ-1(3 преимущественно модулирует развитие неспецифических, а противовоспалительный ИЛ-4 - специфических иммунных реакций (Пальцев М.А., 1996; Mayer-Barber K.D. et al., 2011; Oliphant С.J. et al., 2011).

Несмотря на большое количество исследований, посвященных изучению механизмов психоэмоционального стресса, вопрос о наличии взаимосвязи между изменениями иммунных функций и свободнорадикальными процессами в тканях ЦНС у млекопитающих с разной прогностической устойчивостью к однотипным стрессорным нагрузкам остается открытым. Практически не изучен характер действия цитокинов на соотношение окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга у животных с разными параметрами поведения как в исходном состоянии, так и

при остром эмоциональном стрессе. Представленная работа посвящена решению указанных вопросов.

Цели и задачи исследования

Конкретными задачами исследования были:

1. Изучить интенсивность окислительных и антиоксидантных процессов в эмоциогенных структурах головного мозга - гипоталамусе, сенсомоторной коре и миндалине — у крыс с разными поведенческими характеристиками при острой эмоциональной стрессорной нагрузке.

2. Проанализировать изменения содержания продуктов ПОЛ (ТБК-реактивных продуктов) в эмоциогенных структурах головного мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками в условиях острой эмоциональной стрессорной нагрузки на фоне введения провоспалительного цитокина ИЛ-1Р или противовоспалительного цитокина ИЛ-4.

3. Определить активность антиоксидантных ферментов (Си/Тл-супероксиддисмутазы, глутатионпероксидазы и глутатионредуктазы) в эмоциогенных структурах головного мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками в условиях острой эмоциональной стрессорной нагрузки на фоне введения провоспалительного цитокина ИЛ-1Р или противовоспалительного цитокина ИЛ-4.

Научная новизна работы

В работе впервые показано, что провоспалительный цитокин ИЛ-1(3 и противовоспалительный цитокин ИЛ-4 оказывают сходное воздействие на оксидативный статус эмоциогенных структур головного мозга у крыс с разными поведенческими характеристиками. Выявлено, что введение этих цитокинов сопровождается преимущественно активацией ПОЛ в гипоталамусе и миндалине животных. ИЛ-1(3 и ИЛ-4 оказывают модулирующее влияние на активность антиоксидантных ферментов с последующим изменением интенсивности свободнорадикальных процессов в тканях головного мозга крыс.

Продемонстрировано, что ИЛ-1(3 и ИЛ-4 предупреждают стресс-индуцированные изменения соотношения окислительных и антиоксидантных процессов в сенсомоторной коре головного мозга у поведенчески пассивных крыс.

Научно-практическая значимость работы

поведенческими характеристиками как в нормальных условиях, так и при острой стрессорной нагрузке.

Согласно полученным результатам, ИЛ-1(3 и ИЛ-4 оказывают протективное действие на ткани ЦНС, предупреждая постстрессорные изменения оксидативного баланса в сенсомоторной коре у пассивных крыс. Выявленные особенности действия про- и противовоспалительных цитокинов на соотношение окислительных и антиоксидантных процессов могут быть использованы в клинической фармакологии, в частности, при разработке рекомендаций по применению иммуноактивных соединений с целью коррекции оксидативного статуса организма в условиях патологии, в том числе при нейродегенеративных заболеваниях.

Положения, выносимые на защиту

1. Провоспалительный цитокин ИЛ-1Р и противовоспалительный цитокин ИЛ-4 оказывают сходное модулирующее влияние на оксидативный статус тканей гипоталамуса, сенсомоторной коры и миндалины у крыс. Выявлены регионарные особенности окислительных и антиоксидантных процессов в головном мозге у животных с разной поведенческой активностью, получавших изученные цитокины.

3. ИЛ-1Р и ИЛ-4 предупреждают стресс-индуцированные изменения соотношения окислительных и антиоксидантных реакций в сенсомоторной коре поведенчески пассивных крыс.

Апробация работы

патологии» (Санкт-Петербург, 2011); Вторая конференция молодых ученых и студентов «Экспериментальная и прикладная физиология» (Москва, 2011); итоговые сессии Научно-исследовательского института нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН (Москва, 2010-2011); конференции Отдела социальной физиологии Научно-исследовательского института нормальной физиологии имени П.К. Анохина РАМН (2009-2011).

Публикации

Основное содержание диссертации отражено в 5 статьях и 5 тезисах.

Структура и объем диссертации

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Механизмы формирования эмоционального стресса

Впервые проблема эмоционального стресса была рассмотрена выдающимся американским физиологом W.B. Cannon в 1929 г. Термин "эмоциональный стресс", обозначающий эмоциональную реакцию субъекта на конфликтную ситуацию, был введен шведским ученым L. Levi в 1972 г. Однако основоположником концепции стресса считается канадский нейроэндокринолог Н. Selye (1907-1982 гг.). По его мнению, стресс - это неспецифическая реакция напряжения, возникающая как ответ организма на действие неблагоприятных факторов среды - стрессоров. К стрессорам он относил болезнетворные агенты, токсические вещества, физические факторы, биологически активные вещества и прочие воздействия (Selye Н., 1946). В качестве ведущего патогенетического звена стресса �

Информация о работе

Калиниченко, Любовь Сергеевна
кандидата биологических наук
Москва, 2012
ВАК 03.03.01

Диссертация

Цитокины в регуляции окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга у крыс при остром эмоциональном стрессе - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Цитокины в регуляции окислительных и антиоксидантных процессов в структурах головного мозга у крыс при остром эмоциональном стрессе - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы