Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Участие системы циклического аденозинмонофосфата в реакциях нейронов коры головного мозга на аноксию

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Участие системы циклического аденозинмонофосфата в реакциях нейронов коры головного мозга на аноксию"

РОССИЙСКАЯ АКАДОМЯ НАУК ИНСТИТУТ ФИЗИОЛОГИИ ИМ.И.П.ПАВЛОВА

На правах рукописи •

БОЛЕХАН Екатерина Анатольевна

УЧАСТИЕ СИСТЕМЫ ЦИКЛИЧЕСКОГО АДЕН03Ш1.ЮН0Ф0СФАТА В РЕАКЦИЯХ НЕЙРОНОВ КОРЫ ГОЛОВНОГО МОЗГА НА АНОКСМЮ

Специальность 03.00.13 Физиология человека и животных

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 1993

Работа выполнена в лаборатории регуляции функций нейроноЕ мозга Института физиологии им.И.П.Павлова РАН.

Научный руководитель:

доктор медицинских наук М.О.Самойлов

Официальные оппоненты: . доктор биологических наук Н.А.Емельянов кандидат медицинских наук А.В.Козлов

Ведущее учреждение - Институт Токсикологии Министерства

Здравоохранения РФ,.

у .—часов на заседании специализированного Совета Института физиологии им .И .П.Павлова РАН по адресу: 199034 Санкт-Петербург, наб.Макарова, 6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института.

Защита диссертации состоится

'/> С..........................

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного Совета, кандидат биологических наук

Э.А.Конза

Актуальность темы. Выяснение механизмов реагирования центральной нервной системы на экстремальные воздействия, к которым относится гипоксия, имеет важное теоретическое и практическое значение.

Нарушение кислородного снабжения мозга даже на сравнительно короткое время вызывает нередко тяжелые функциональные расстройства, затрагивающие высшую нервную деятельность. До сих пор механизмы этих нарушений и причины неоднородности их проявлений у различных индивидуумов остаются недостаточно изученными.

. Установлено, что вслед не только оа короткой, но и длительной (десятки минут) циркуляторной гипоксией возможна нормализация энергетического метаболизма и восстановление биоэлектрической активности мозга (Sieejo B.K., 1978; Hossmann К.A., ZimmermannV., 1974; de la Torre J.С. et al., 1991). Вместе с тем, нарушения си-наптичэской передачи, возбудимости нейронов часто носят устойчивый характерv несмотря на восстановление кислородного снабжения, даже после кратковременного его отсутствия (Suzúki Е. et al., 1965; Kasa X.S., Lipton P.,1986; Roberts E.L., Sick T.J., 1987; Czen G., Somjen O.G., 1990). Очевидно, гипоксия модифицирует механизмы контроля и управления функциями нейронов с учмтием внутриклеточных регуляторных-систем (ВРС) - кальциевой, полифосфо-инозитидной, циклических нуклеотидов.

В условиях тяжелой гипоксии, а также в период реанимации в коре головного мозга выявлены расстройства функционирования ряда компонентов ВРС (Lust U.D. et al., 1977; Самойлов M.O., 1985; Peters í., IS66; Toehida S. et al., 1986; Kogure K.t 1988; Siesjo B.K., Bengteaon P., 1989), которые могут инициировать структурно-функциональные повреждения нейронов мозга. Вместе с тем необходимо учитывать, что важнейшая функция ВРС - сбеспсче-

ние развития адаптивных реакций нервной системы - несомненно, должна проявляться при нарушении и восстановлении кислородного снабжения.

Поэтому актуальной задачей является выяснение диапазона сдв гов активности компонентов ВРС в адаптивных-реакциях и характе нарушения их функций при формировании патологических состояний Решению этой задачи должно способствовать выяснение зависимост инициируемых гипоксией функциональных изменений от определенны альтераций механизмов регуляции внутриклеточных процессов.

В выполненных в лаборатории регуляции функций нейронов мозг Института физиологии им.И.П.Павлова РАН исследованиях установлена тесная связь между изменениями функционального состояния нейронов и перестройками активности кальциевой,полифосфоинози-тидной ВРС в коре головного мозга при нарушении и восстановлении кислородного снабжения (Самойлов М.О., 1985; Lazarewi.cz от.* et а1,1987; Бато11оу И.О. et а1., 1992; Самойлов М.О. и др., 1992; Тюлькова Е.И.- и др.,. 1992).

Целью настоящей работы явилось комплексное исследование уча стия цйклоаденоэинмонофосфатной системы регуляции внутриклеточ ных процессов в реакциях коры головного мозга на нарушение и последующее восстановление кислородного снабжения.

Задачи исследования.

- Исследование динамики компонентов системы циклического аде нозинмонофосфата (цАМФ, аденилатциклазы, фосфодиэстеразы) в со лост&влении с изменениями импульсной активности нейронов в коре головного мозга в течение 5 мин аноксии.

- Изучение динамики компонентов цАМ® системы и характера восстановления биоэлектрической активности в коре головного мозга в раннем периоде реоксигенации (до 60 мин) посла 2,5 и

мин аноксии.

- Оценка влияния нарушения кислородного снабжения на механиз-ы адренергической сигнальной трансдукции в коре головного мозга.

- Выявление особенностей состояния компонентов цАГЛФ системы у ивотных, неперенесших 5 мин аноксию.

Научная новизна. Для решения поставленных задач применен комп-ексный методический подход, позволяющий оценивать вызываемые ги-оксией изменения биоэлектрической активности в сочетании с дина-икой активности компонентов цА№ системы в зрительной и моторной бластях коры головного мозга с учетом индивидуальных особеннос-ей- проявления реакций. Установлена специфика вовлечения цА_®, ерментов его синтеза и распада (аденйлатциклазы, фосфодипстера-ы) в формирование реакций коры головного мозга на разных этапах мин, аноксии и в раннем периоде реоксигенации (до 60 мин). Ха-актерной динамике импульсной активности нейронов в течение ано-сии и при реоксигенации после 2.5 и 5 мин прекращения кислород-ого снабжения соответствуют определенные фазные сдвиги содержа-ия цАМФ,активности фосфодиэстеразы (ФДЭ) и аденилатциклазы (АЦ).

Получены новые данные о влиянии гипоксии на чувствительность ^-адренергических рецепторов к норадреналину в коре головного озга. При этом показано ингибирование активности -белков, со-рягающих ^ -адренергические рецепторы с АЦ.

Выявлена связь между индивидуальными особенностями уровня одержания и активности компонентов цАЗ® системы в исходном со- • тоянии, их динамикой и неодинаковым характером восстановления иоэлектрической активности в коре головного мозга у разных жи-отных после 5 мин аноксии. первые обнаружены особенности состо-ния цАМФ системы у животных, различающихся по устойчивости к ипоксическому воздействию.

Теоретическое и практическое значение. Результаты работы вне сят вклад в понимание молекулярно-клеточных механизмов реагирования центральной нервной системы на гипоксию и дополняют представления о важной роли ВРС в этом процессе. Наряду с кальциевс полифосфоинозитидной, цАМ'£ система участвует в адаптивной перес ройке механизмов внутриклеточной сигнальной транедукции при на{ шении и последующем восстановлении кислородного снабжения.

Полученные данные свидетельствуют о наличии связи характернь изменений функционального состояния нейронов коры головного.мог га, вызванных аноксией, с определенной динамикой активности коь понентов цАМФ системы на разных этапах нарушения и восстановления кислородного снабжения. Очевидно, особенности функционировг ния ц.Ш5 системы в значительной мере определяют индивидуальное проявление гипоксических реакций и неодинаковую толерантность 1 нарушению кислородного снабжения. Эти сведения должны учитывать ся при применении средств фармакологической коррекции, направле них на повышение устойчивости нервной системы к неблагоприятны?-факторам среды, в частности, к гипоксическому воздействию. Ре35 льтаты проведенного исследования и предложенные методические приемы могут быть также использованы при разработке способа индивидуального экспресс-тестирования активности цАШ системы у ловека для прогнозирования степени чувствительности организма I неблагоприятным факторам среды.

Научные положения, выносимые на защиту.

- Система цАй® вовлекается в формирование реакций нейронов коры головного мозга на прекращение и последующее восстановлеш кислородного снабжения.

- Индивидуальные особенности проявления гипоксических реакц! зависят от уровня активности компонентов системы цАМФ в исходнс

¡остоянии.

- аноксия модифицирует механизмы катехоламинэргической сигна-хьной трансдукоти.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены на лабораторных заседаниях; XI научной конференции молодых ученых и специалистов Академии.ВМедА им.С.М.Кирова, Ленинград, 1990; Всесоюзной научной конференции ."Токсикологические пробле?лы химических катастроф", Ленинград, 1991; Всесоюзной конференции "Фармакологическая коррекция гипоксических состояний", Гродно, 1991; КП научной конференции молодых ученых и специалистов Академии. ВМедА им.С.М.Кирова, С.-Петербург; 1992; конференции "Механизмы регуляции физиологических функций", С.'-Петербург, 1992.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, обзор литературы, описание материалов и методов исследования, результаты экспериментальных исследований, обсуждение результатов, рыводы и список литературы. Работа изложена на 156 страницах, иллюстрирована 36 рисунками. Список литературы включает 43 отечественных и 256зарубежных источников.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Эксперименты выполнены на легко наркотизированных нембуталом, обездвиженных тубокурарином и приведенных на принудительную вентиляция легких с помощью аппарата искусственного-дыхания УИДО-1 106 кошках (самцах) массой тела 2.8-3.5 кг. В работе применен комплексный методический подход, позволяющий оценивать вызываемые гипоксией изменения биоэлектрической активности в сочетании с динамикой активности компонентов системы цА'й в зрительной и моторной областях коры головного мозга кокки с учетом индивидуальных особенностей проявления реакций.

Аноксию создавали путем отключения аппарата искусственного ды ханкя на 2.5 или 5 мин. В течение всего эксперимента регистрировали биоэлектрическую активность в коре головного мозга и величи ну систолического артериального давления. На микрогазоанализаторе БМЕ-33 в пробах крови, взятых из бедренной артерии, определяли динамику POg, PCOg и рН в условиях нормоксии, аноксии и рео-ксигенации. Динамику импульсной активности нейронов (ИАН) исследовали с помощью внеклеточных металлических микроэлектродов двумя способами: в первом - регистрировали импульсную активность одиночных нейронов при непрерывном отведении в норме, в течение аноксии и раннего постаноксичаского периода, во втором - определяли количество фоновоактивных нейронов (ФАН) при погружении микроэлектрода от поверхности коры мозга вглубь до 2 мм (трековый анализ) в исследуемых областях коры до аноксии и в период восстановления кислородного снабжения. Систолическое артериальное давление регистрировали прямым методом с использованием электронного манометра ЛПВ-02.

Для изучения состояния компонентов системы цАМФ в условиях нормоксии, а также на различных этапах прекращения - восстановления кислородного снабжения у животных осуществляли прижизненную биопсию серого вещества из 18 поля зрительной и 4, 6 полей моторной области коры больших полушарий. В биоптатах определяли -содержание цАМФ с использованием набора реактивов,фирмы "Am.ersh.aia", активность АЦ по методу Salomon 1. (1974) и активность ФДЭ по методу Cheung W.Y. (1969).

Полученные результаты обработаны статистически с применением критерия Стьюдента.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУВДЕНИЕ

I. Динамика компонентов системы цАМФ, биоэлектрической активности при 2.5 мин прекращении и последующем восстановлении кислородного снабжения.

После прекращения кислородного снабжения регистрировалась фазная перестройка ИАН коры головного мозга, выражающаяся в изменении паттерна в первые десятки секунд, развитии гиперактивации через 60-90 с с последующим торможением и исчезновением после 2.0-2.5 мин потенциалов действия (ПД). После 2.5 мин аноксии отмечалось сравнительно быстрое в течение первых 5 мин реоксигенации появление ИАН. К 20-30 мин частота ГЩ выше исходной, количество ФАН в треках, увеличивалось в два раза по сравнению с нормой (рис.1). К 60 мин реоксигенации количество ФАН уменьшалось, оставаясь,тем не менее,на 45% выше исходного.

2 -

10 20 30 40 50 60

Рис.1. Динамика количества ФАН а коре головного мозга в течение.60 мин реоксигенации после 2.5 мин аноксии (I) и 5 мин аноксии (2,3 - I, П типы реакций, соответственно). По вертикали: количество ФАН а относительных единицах, по горизонтали: время реоксигенации в минута*.

3 условиях нормоксии содержание цАМФ, активность АЦ и ФДЭ у этой группы животных' не отличались от средних по выборке показателей и составляли: 47.9+4.2 пмоль/мг белка, 46.8+4.4 пмоль цАМФ /кг белка«мин, 28.9+1.52 нмоль цАШ>/мг белка*мин, соответственно. К 1.5 мин аноксии вслед за гиперактивацией нейронов содержание цА?.Э увеличивалось на 96$, базальная активность АЦ на 97%. Однако к 2.5 мкн аноксии содержание цАМФ, активность АЦ и ФДЭ достоверно не отличались от доаноксических значений (рис.2). К 30 и 60 мин восстановления кислородного снабжения на фоне активации нейронов происходило снижение содержания цАМФ до 63% и 47% от исходного уровня, соответственно (рис.2). Основной вклад в эти изменения содержания цА.® вносит увеличение активности ФДЭ на 36% к 30 мин и на 40% к 60 мин реоксигенации. Базальная активность АЦ на данных сроках восстановления кислородного снабжения не отличалась от исходной.

2 3

Рис.2. Динамика компонентов системы цАМФ на 2.5 мин аноксии и

при реоксигенации. I - 2.5 мин Аноксии, 2,3 - 30, 60 мин реоксигенации, соответственно. По вертикали: изменения показателей в % от исходного уровня каждого, принятого за 100%. Различия достоверны при р^0.05. * - недостоверные различия.

Раннее повышение .уровня цА® к 1.5 мин аноксии, происходящее на фоне гиперактивации нейронов,отмечено и при других видах гипоксии (Xoshida Б. et al., 1984; Lust Vi.D. et al., I9B7; Пылова С.И., 1988). Причиной такого повышения содержания цАНФ является по нашим данным стимуляция активности АЦ,' очевидно, вследствие накопления агонистов катехоламиновых рецепторов (Gross R.A.,Fer-rendelli J.А., I960; Yoshida S. et al,!980). Наряду с этим ноэ -можна также активация АЦ Са^-кальмодулиновым комплексам (Brost-гот С.О. et al., 1975; Piasik М.Т. et al., 1980), так как показано, что к 1-ой мин аноксии происходят изменения внутриклеточного содержания Са*"+ (Самойлов М.О. и др., 1984; Uenatsu D. et al., 1988; Lazcrewicz J.V/. et al., 1989), которые могут индуцировать этот процесс. Предполагается, что резкое повышение уровня цА.\М> при высокочастотной активации способствует ее торможению (Феррен-делли Дж.А. и др., 1982; Folbergrova J., 1985; Iluang il. et al., 1990), что возможно является одной из причин подавления фазы ги-поксической гиперактивации нейронов.

2. Динамика компонентов системы цАМФ, биоэлектрической активности при 5 мин прекращении и последующем восстановлении кислородного снабжения.

Динамика ИАН в первые минуты после прекращения кислородного снабжения описана в.предыдущем разделе. При реоксигенации после 5 мин аноксии восстановление ИАН протекало более медленно, чем после 2.5 мин аноксии. ПД появлялись, как правило, не ранее 810 мин реоксигенации. Характерной особенностью паттерна ИАН на . раннем этапе реоксигенации после 5 мин аноксии является тенденция к формированию пачечно-группового типа активности с длительными интервалами времени между пачками. По темпу и степени восстановления нейрональной активности в ранний постаноксический период после 5 мин аноксии животные разделились на дпо примерно

равные группы.

В первой группе на 10 мин реоксигенации количество ФАН в треках составляло лишь 30%, а к 20 мин - 42% от преданоксического уровня. Затем число ФАН в треках постепенно увеличивалось, дост» гая к 6)0 мин реоксигенации 76% от исходной величины (рисЛ). Во второй группе животных восстановление ПАН происходило быстрее.и полноценнее. На 10 мин реоксигенации количество ФАН в троках у этих животных составляло 55%, к 20 мин - 79% от преданоксического уровня. К 30 мин реоксигенации количество ФАН возрастало до 68% и оставалось на этом уровне до 60 мин (рис.1).

Эти две группы животных отличались по содержанию цАМФ и активности ФДЭ в условиях нормоксии. У первой группы кошек уровень цАШ был почти на 40% меньше (29,9+3.6 пмоль/мг белка), а у второй группы - близок к среднему по выборке показатели (53.5+8.8 пмоль/мг белка). Активность ФДЭ у первой группы была на 3,7% выше (39.6+2.9 нмоль цАМФ/мг белка-мин), а у второй соответствовала среднему по выборке значению.

У выше описанных двух групп животных 5 мин аноксия индуцирует разнонаправленные изменения содержания цАМВ (рис.3). У первой группы (с замедленным восстановлением ИАН) отмечается повышение содержания цАШ на 123%, а у второй (с более быстрым и полноценным восстановлением ИАН) - снижение на 25% по сравнению с доаноксическим уровнем.

У животных I группы содержание цАМФ к 30 мин реоксигенации сохранялось высоким, превышая на 90% доаноксический уровень. К 60 мин реоксигенации содержание цАМФ у них оставалось на 60% выше нормы. В то же время у животных П группы содержание цАМФ к 30 мин реоксигенации снижалось до 56% от исходной величины. К 60 мин уровень цАМ1 не отличался от доаноксического (рис.3).

I 2 3 12 3

Рис.3. Динамика компонентов системы на 5 мин аноксии и при реоксигейации.

1-5 мин аноксии, 2,3-30, 60 мин реоксигенации, соответственно. Остальные обозначения те же, что на рис.2.

У животных I группы 5 мин аноксия приводит к снижению активности ФДЭ на 26%. К 30 мин реоксигенации активность фермента остается на этом уровне, затем возрастает и к 60 мин приближается к исходному значению (рис.3). У животных П группы 5 мин аноксия индуцирует увеличение активности ФДЭ на 85%. К 30 и 60 мин реоксигенации активность фермента остается выше исходного уровня на 56 и 36%, соответственно (рис.3).

Базальная активность АЦ в условиях нормоксии не отличалась от средней по выборке величины. К 5 мин аноксии активность фермента возрастала на 40 и 69% у I и П групп животных, соответственно. К 30 мин реоксигенации активность фермента снижалась до исходного уровня (рис.3).

Таким образом, основной вклад в разнонаправленные изменения содержания цЛМФ после 5 мин, также как и после 2.5 мин аноксии, вносят сдвиги активности ФДЭ. Как было обнаружено нами (аналогичные даньше получены Бобрускиным И.Д. с соавт., 1969), в коре головного мозга содержатся в основном Са2+-зависидае формы ФДЭ. Значительное повышение содержания внутриклеточного Са2+ в клетках к 5 мин аноксии (Самойлов И.О., 1985; Suzuki R. et al., 1985; Peters Т., 1986) должно способствовать активации кальмодулином ФДЭ (Plasik 11.Т. et al., 1980). По всей видимости этот процесс развивается к 5 мин аноксии у животных П группы. Недостаточно понятен механизм снижения активности ФДЭ в этот срок аноксии у животных I группы. Как показано (Самойлов М.0. и др., 1984; Lazarevd.cz J.W. et al., 1987), аноксия вызывает подавление способности связывания Са2+ с внутриклеточными гидрофобными компонентами в структурах коры головного мозга. Возмож-

2+

но, у животных I группы нарушается механизм связывания Са с кальмодулином и/или его транслокация в клетке для ассоциации с ФДЭ. Выявленное у этих животных ингибирование активности ФДЭ мо-

жет быть обусловлено и другой причиной. Показано, что при индукции перекисного окисления липидов в синаптосомах происходит снижение активности ФДЭ (Аврова Н.Ф. и др., 1991). В условиях цирху-ляторной гипоксии и в раннем периоде рециркуляции о коре головного мозга, как правило, усиливается процесс перекисного окисления липидов (Wieloch Т., Siesjo В.К., 1982; Yoshida S. et al., 1984; Siesjo В.К., Benetsson P., 1969). Очевидно, 5 мин аноксия способна инициировать активацию перекисного окисления липидов, о чем косвенно свидетельствуют результаты о протектирующем эффекте актиоксидантов в этих условиях (Samoilov М.О. et al., 1990). Возможно, степень стимуляции перекисного окисления липидов у животных I и П групп неодинакова, что может бить одной из причин обнаруженных у них различий индуцируемых аноксией изменений активности ФДЭ.

Очевидно, имеется связь между выявленными в период реоксиге-нации после 2".5 и 5 мин аноксии особенностями сдвигов содержания цАМО и характером восстановления ИАН. Так, повышенная активность нейронов после 2.5 мин аноксии и тенденция к нормализации ИАН в период реоксигекации после 5 мин аноксии развивались на фоне пониженного содержания цАМФ, в то время как замедленное и неполноценное восстановление ИАН после 5 мин аноксии протекало при повышенном уровне цАМФ.

Предположение о вкладе цАМФ в модуляцию биоэлектрической активности нейронов в раннем постаноксическом периоде подтверждается многочисленными' литературными данными о важной роли циклических нуклеотидов в регуляции возбудимости нейронов, проницаемости плазмолеммы для 'ионов Na • ' и синаптической передачи. Показано, что изменения концентрации цАМФ вызываю? возбуждение или торможение нейронов коры головного мозга ( Stone Т.'//. et al., 1975; Серстнев В.В., Светлаев И.А., 1979). цАМФ вовлекается в

регуляцию состояния К+ каналов (Ewald. D., Eckert R., 1983; Ono-zuka К. et al., 1988; Carl A. et al., 1991), в значительной степени определяющих возбудимость нейронов (Косткж П.Г., Крышталь O.A., 1981; Костюк П.Г., 1986). Известно также, что увеличение

внутриклеточного содержАния цАШ> вызывает инактивацию' локализо-

....... „2+

ванных преимущественно в пресинаптических терминалях Ca -каналов N-типа (Gross R.A.Mac Donald R.L., 1989; Uiiler R.J., 198' 1989; Hirning L.D. et àl ., 1987), что может обусловливать торможение освобождения нейромедиаторов из пресинаптических термина-лей в коре головного мозга'(Ebstein R.P. et al., 1982). Следовательно, вызываемые прекращением кислородного снабжения изменена содержания цАМФ могут оказывать влияние на характер восстановления ИАН в раннем постаноксическом периоде.

3. Влияние аноксии на чувствительность аденилатциклазного комплекса к норадреналину и фториду натрия.

Анализ чувствительности АЦ к норадреналину (НА) и фториду нач рия (NaP) проводился in vitro. НА был выбран в качестве активатс ра АЦ, так как показано, что он является преобладающим среди ка-техоламинэргических нейротрансмиттеров в исследуемых областях к< ры у кошек (Ahn H-s- et al«» 1976). NaP был выбран для оценки активности Gg-белков, сопряженных с АЦ, поскольку известно, что НаР сильно стимулирует диссоциацию <*а-белка на несколько субъсд! ниц. Одна из них -оСя, связанная с ГТФ, активирует каталитическую субъедйницу АЦ (Sternweis A.C.r Gilman A.G., 1982; Hughes Б.P., Barritt G.J.,1987; Taylor C.W., Putney Jr.J.W., 1987).

В условиях нормоксии стимуляция норадреналином вызывала увел! чение активности АЦ на 54%, NaF- на 198%. К 2.5 мин аноксии не происходило изменений стимулированной НА и Na? активности АЦ, однако, к 30 мин реоксигенации чувствительность фермента к стим;

2.5 «

1.5 <

3

2.5 ■

отн.ед.

1.5 •

Рис.4. Изменение чувствительности аденилатциклазы к стимуляции норадреналином и Фторидом натрия на 5 мин аноксии и при реоксигенации. 1,2.3,4 - чувствительность АЦ к НА и Нах в условиях нормоксии, на 5 мин аноксии, на 3Û и 60 мин реоксигенации, соответственно. По вертикали: изменения стимулированной' активности фермента в относительных единицах. За единицу принята базальная активность аденилатциклазы на каждом из исследованных этапов, соответственно.

ляции НА и Па? снижалась: НА стимулировал баэальную активность АД на 28%, ИаР -на 153%. К 60 мин реоксигенации чувствительность фермента к НА восстанавливалась.

Описанные в предыдущем разделе две группы животных,- для которых была характерна неодинаковая степень восстановления ИАН при реоксигенации, не различаясь в условиях нормоксии по уровню ба-зальной и стимулированной НА и МаК активности АЦ от среднего по выборке, обнаружили однотипный характер изменений чувствительности фермента к НА и N8? на 5 мин аноксии и в период последующей реоксигенации (рис.4). Стимулированная НА баяальная активность АЦ падала к 5 мин аноксии с 1.54 до 1.32 раза (у I группы) и с 1.56 до 1.29 раза (у П группы). Чувствительность фермента к N0? на 5 мин аноксии уменьшалась с 3.1 до 2.71 раза (I группа) и с 2.97 до 2.47 раза (П группа). На 30 мин реоксигенации НА стимулировал базальн.ую активность АЦ в 1.35 и 1.28 раза, На? - в 2 и 1.9 раза у I и П групп животных, соответственно. К 60 мин реоксигенации чувствительность фермента к НА восстанавливалась.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что аноксип индуцирует снижение аффинности рецептор-&е-белок-АЦ комплекса к ^-адренергическим агонистам в коре головного мозга и, вероятно, вызывает устойчивое нарушение функции бв-белков. Похожие изменения чувствительности ^ -адренергических рецепторов к агонистам и нарушение функции Бд-белков были обнаружены при ишемии мозга и миокарда (Панова С.И., 1988; ?ге18зти1;Ь Ы. et а1., 1987; 8ивигт1 Е. еЪ а1., 1989). Следовательно, индуцированная " аноксией модификация адренергической сигнальной трансдукции вносит вклад в изменения синаптической передачи и функционального состояния нейронов коры головного мозга, происходящие в ответ на нарушение кислородного снабжения.

4. Дитмика биоэлектрической активности и содержания цАМФ у животных, непереживших 5 мин аноксию.

В предыдущих разделах представлены данные об изменениях биоэлектрической- активности, содержания цАМФ, активности ферментов его метаболизма в коре головного мозга у животных, адаптационные возможности оргаьиэма которых позволили им пережить аноксию. Однако, некоторые животные ( около 10% ) не переносили 5 мин прекращения кислородного снабжения.

У этих.животных динамика биоэлектрической активности после прекращения.кисдородного снабжения существенно не отличалась от той, которая выявлялась у кошек, перенесших тяжелое аноксическое воздействие, У них также последовательно развивались фазы гиперактивации, торможения и полного подавления ИАН в течение 1,5-2 мин аноксии. Характерным для этих животных было стремительное падение артериального давления после 2 мин аноксии. При регксигена-ции, вслед за 5 мин прекращением кислородного снабжения, артериальное давление у них не восстанавливалось. Как оказалось, у таких животных к 5 мин аноксии не происходило изменения содержания цАМФ. Примечательно, что у них был выявлен высокий уровень содержания цШ в условиях нормоксии ( 80,5 + 13 пмоль/мг белка ), на 68% превышающий средний для выборки показатель. Очевидно, выявленные у этой группы животных особенности состояния системы цАМФ при нормо- и аноксии свидетельствуют о нарушении регуляторной функции цАМ5, что,вероятно,является одним из факторов, препятствующих развитию адаптивных реакций.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Использованный в работе методический подход позволил провести комплексное исследование вызываемых гипоксией изменений биоэлектрической активности в сочетании с динамикой активности компонентов ц/МФ системы в зрительной и моторной областях коры головного

мозга каики с учетом индивидуальных особенностей проявления реакций . • у

Результаты работы свидетельствуют о сложном характере вовлечения циклоаденоэинмонофосфатной системы регуляции в реакции структур коры головного мозга на аноксию. Обнаружены фазные изменения содержания цАМФ, активности АЦ и ФДЭ в течение 5 мин аноксии и в раннем периоде реоксигенации. Показано, что основной вклад в сдвиги содержания цАМФ при атом вносят изменения активности ФДЭ. Выявлены некоторые индивидуальные особенности развития гипокси-ческих реакций у животных, очевидно, связанные с различиями активности системы цА.ЛФ в исходном состоянии.

Совпадение направленности динамики содержания цАМФ с определенным характером восстановления ИАЬ при реоксигенации после 2.5 мин (активация) и 5 мин аноксии (различная скорость и полнота восстановления ИАН у 2-х групп животных), по всей видимости, свидетельствует о вкладе циклоаденозинмонофосфатной системы в модуляцию биоэлектрической активности нейронов в раннем постаиокси-ческом периоде. Обнаружены существенные особенности исходного состояния системы цАМФ и ео реакции на аноксическое воздействие у животных, непереживших Ь мин аноксию. Показано, что аноксия модифицирует механизмы адренергической сигнальной трансдукции.

Вызванные аноксией сдвиги содержания цАШ, активности АЦ и ФДЭ, очевидно, играют важную роль в развитии комплекса адаптивных реакций нервной системы, направленных на приспособление организма к гипоксическому воздействию. Причем вариабельность активности компонентов системы цАДО в исходном состоянии, как можно предположить на основании наших данных, наряду с другими возможными причинами определяет характер индивидуальных реакций на прекращение и восстановление кислородного снабжения. Вероятно, вари-

абельность активности компонентов системы цАМФ связана с особенностями исходного функционального состояния животных, обусловленного гено- и фенотипическими факторами.

Представляется- целесообразным проведение дальнейших исследований по выявлению возможной связи между определенным уровнем активности системы цАМЭ и индивидуальными особенностями гипоксиче-ских реакций. Такие исследования могут быть полезными для разработки способов прогнозирования степени устойчивости организма к неблагоприятным факторам среды.

ВЫВОДЫ

1. В комплексном исследовании с использованием физиологических и биохимических методик обнаружено вовлечение системы цАМФ (цАМФ, АЦ, ФДЭ) в реакции коры головного мозга кошки на прекращение кислородного снабжения (до 5 мин) и последующую реоксигенацию (до 60 мин). Выявлены индивидуальные особенности развития этих реакций у животных, очевидно, связанные с различиями активности системы цАМФ в исходном состоянии.

2. Изменения функционального состояния нейронов коры головного мозга, характеризующиеся последовательно развивающимися гиперактивацией, торможением и полным подавлением импульсной активности в течение 5 мин аноксии сопровождаются фазными сдвигами содержания цАМФ: увеличением к 1-1.5 мин (на'96%), падением до близкой к исходной величины к 2.5 мин и последующим к 5 мин повышением на 123% у животных с замедленным и неполноценным типом . восстановления ПАН (I группа) или снижением на 25% у животных с более быстрым и полноценным восстановлением ИАН при реоксигена-ции (П группа). Основной вклад в сдвиги содержания цАМФ к 5 мин аноксии у этих двух групп животных вносят разнонаправленные изменения активности ФДЭ.

3.Состояние повышенной относительно исходного уровня активности нейронов после 2.5 мин аноксии, а также тенденция к нормализации количества ФАН у II группы животных после 5 мин аноксии в период 30-60 мин реоксигенации "проявляются на фоне сниженного в 1.5 раза содержания цАМФ. Замедленному и неполноценному восстановлению импульсной активности нейронов у I группы животных в

/

этот период реоксигенации после 5 мин аноксии соответствует устойчиво высокий уровень цАМФ, превышающий исходный на 90% к 30 мин и на 60% к 60 мин.

4.Выявленная динамика содержания цАМФ при реоксигенации после 2.5и5 мин аноксии обусловлена, преимущественно, 'вариабельностью изменения активности ФДЭ, а не АЦ.

5.Аноксия приводит к изменению чувствительности р-адренерги-ческого аденилатцик;кш но го комплекса.К 5 мин происходит снижение стимулирующего эффекта норадреналина и фторида натрия на активность АЦ на фоне увеличения базальной активности фермента. Выявлено существенное снижение чувствительности АЦ как к норадренали-ну, так и к фториду натрия на 30 мин реоксигенации после 2.5 и 5 мин аноксии.

6.У животных, непереживших 5 мин аноксию содержание цАМФ в коре головного мозга в исходном состоянии на 68% выше среднего по выборке. В отличие от животных, перенесших аноксическое воздействие, у них не происходит изменения содержания цАМФ к 5 мин после прекращения кислородного снабжения, что свидетельствует, очевидно, о неспособности системы цАМФ вовлекаться в формирование адаптивных реакций,

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ \

I. Способ синхронной регистрации динамики компонентов внутриклеточной регуляторной системы и биоэлектрической активности ней-

ронов коры мозга у млекопитающих при экстремальных воздействиях // Материалы XI науч. копф. молодых ученых и спец. акад.. В.«едА им.С.М.Кирова. -Л., 1990. С. 5-6.

2.'Уровень содержания циклического аденозинмонофосфата в зрительной и моторной областях коры больших полушарий головного мозга кошки // Ин-т физил. им.И.П.Павлова, РАН. - Л., 1991. - 8 с. -ДЕЛ в ВИНИТИ, № 4121 - в 91 (соавт. Каменев А.Л.).

3. Внутриклеточные мессенджерные системы в механизмах формирования реакций нейронов коры головного мозга на гипоксию // Фармакологическая коррекция гипоксических состояний. - Гродно,

1991.С.28-29(соавт. Самойлов И.О., Семенов Д.Г., Тюлькова Е.И.).

4. Влияние аноксического фактора На внутриклеточное системы регуляции нейронов мозга // Токсикологические проблемы химических катастроф,- Л., 1991. С.104.(соавт. Семенов Д.Г., Тюлькова Е.И., Самойлов М.О.).

5. Вызванные аноксией изменения содержания цАМФ в коре головного мозга кешки //Бюлл.эксп.биол. и мед. 1992.№9. С. 227-228.

6»Вовлечение внутриклеточных регуляторных систем в механизмы восстановления активности нейронов коры головного мозга после аноксии //Физиол. журн. СССР. 1992. Т. 78, № 5. С. II - 17. . (соавт. Самойлов М.0;. Семенов Д.Г.. Тюлькова Е.И..) ___ .

7. Влияное аноксии на активность аденилатциклазы в коре головного мозга кошки // Материалы XII науч. конф. молодых ученых и спец.- акад. ВМедА им.С.М.Кирова. - С.-Пб., 1992. С. 72.

8. Влияние аноксии на активность аденилатциклазы и фосфодиэс-теразы циклического аденозинмонофосфата в коре головного мозга кошки // Механизмы регуляции физиологических функций. С.-Пб.,

1992. - С. 90 - 91.

Ртп.ГТ0.28.06.93.Еак.199.Т.Ю0.