Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние модуляциопиоидной система мозга факторами различной природы на высшую нервную деятельность крыс Вистар

ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Текст научной работыДиссертация по биологии, кандидата биологических наук, Ещенко, Оксана Викторовна, Москва

ч- Я А —

московский государственный университет

им. м.в.ломоносова биологический факультет

Кафедра высшей нервной деятельности

На правах рукописи удк:612.812.6+577.3

Ещенко Оксана Викторовна

Влияние модуляции опиоидной системы мозга факторами различной природы на высшую нервную деятельность крыс Вистар.

(03.00.13 - физиология человека и животных)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научный руководитель: кандидат биологических наук Никольская К.А.

Москва 1998

СОДЕРЖАНИЕ.

1. ВЕДЕНИЕ...................................................................................................4

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................6

Часть 1. Современные представления о регуляторной роли опиоидной системы................6

1.1. Нейрохимическая характеристика опиоидной системы............................6

1.2. Психофизиологические аспекты действия опиоидных нейропептидов.........12

Часть 2. Характеристика биологического действия магнитных полей..............................21

2.1. Информационные аспекты действия ЭМП и МП на молекулярном и клеточном уровнях.............................................................................22

2.2. Информационные аспекты действия ЭМП и МП на уровне целостного организма.........................................................................................26

3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ..............................................................................39

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ....................................................................49

Раздел I. Закономерности организации пищедобывательного поведения в условиях

свободного выбора у интактных крыс Вистар...............................................49

Глава 1. Особенности поведения крыс с «экспоненциальным» типом обучения (I тип)........49

1.1. Характеристика условнорефлекторной деятельности..................................49

1.2. Характеристика основных свойств ВНД.................................................58

Глава 2. Особенности поведения крыс с «логистическим» типом обучения (II тип).............61

2.1. Характеристика условнорефлекторной деятельности...................................61

2.2. Характеристика основных свойств ВНД.................................................69

Глава 3. Особенности поведения не обучившихся крыс (III тип)....................................72

1.3. Характеристика условнорефлекторной деятельности................................72

1.4. Характеристика основных свойств ВНД................................................76

Глава 4. Сравнительная характеристика индивидуальных особенностей обучения

крыс Вистар..........................................................................................77

Заключение......................................................................................................80

Раздел II. Влияние факторов различной природы на организацию пищедобывательного

поведения у крыс Вистар........................................................................95

Глава 1. Особенности обучения после введения малых доз опилонга (50 мкг/кг)...............95

1.1. Характеристика условнорефлекторной деятельности..................................96

1.2. Характеристика основных свойств ВНД................................................104

Глава 2. Особенности обучения после введения больших доз опилонга (150 мкг/кг)........107

2.1. Характеристика условнорефлекторной деятельности................................107

2.2. Характеристика основных свойств ВНД................................................113

Глава 3. Особенности обучения на фоне слабой неоднородности внешнего

магнитного поля (нМП)..........................................................................114

3.1. Характеристика условнорефлекторной деятельности................................114

3.2. Характеристика основных свойств ВНД................................................121

3.3. Особенности поведения не обучившихся крыс на фоне нМП.......................122

5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.....................................................................126

6. ВЫВОДЫ..................................................................................................135

7. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...............................................................................136

8. ИЛЛЮСТРАЦИИ........................................................................................147

ВВЕДЕНИЕ

Последние десятилетия ознаменованы значительным расширением информационной сферы жизни человека в связи с бурной компьютеризацией современного общества. По мнению многих исследователей (Хананашвили, 1978; Айрапетянц и др. 1982), стрессогенные факторы, в том числе и информационные перегрузки, являются источником различных заболеваний и психических расстройств. В связи с этим, в терапевтической практике большую популярность приобрели пептидные препараты, которые посредством модуляции эндогенных регуляторных систем оказывают облегчающее влияние на ментальные процессы и в ряде случаев позволяют компенсировать состояние информационного стресса или нарушение некоторых психических функций (Островская и др., 1989). Хорошо известна роль опиоидной системы во многих физиологических процессах (роста и развития, терморегуляции, болевой чувствительности, локомоторной активности), в формировании мотивационного состояния и в осуществлении разнообразных форм инстинктивного поведения (пищевое, половое, социальное, агрессия). Существуют многочисленные свидетельства об участии опиоидной системы в осуществлении таких психических функции как память, внимание, обучение (Akil, et all, 1984; Ашмарин, Кругликов, 1983). В последнее время получены данные об электромагнитной модуляции эндогенной опиоидной системы (Kavaliers, Ossenkopp, 1991) и высказана гипотеза о том, что опиоидная система опосредует эффекты действия магнитных полей (МП) на организм (Lai, et al, 1994; Prato, et all 1995).

Важная роль магнитной составляющей в процессах жизнедеятельности живой системы в настоящее время является бесспорной на всех уровнях ее организации - от физиолого-биохимического до целостного (Пресман, 1968; Казначеев, Михайлова, 1985). Показано влияние МП на экспрессию генов и синтез белка, мембранный транспорт, процессы роста и развития, болевую чувствительность, а также на некоторые формы поведения и психические функции (Нахильницкая, 1979; Холодов, Шишло, 1979; Wiltschko, Wiltschko, 1995; Thomas, Persinger, 1997). Позитивные эффекты действия МП на организм послужили основанием для активного внедрения методов магнитотерапии в клиническую практику (Sandyk, 1992; Ossenkopp, Kavaliers, 1988-89). Однако, в магнитобиологии имеется немало свидетельств и о негативном влиянии магнитных полей, в частности, на психо-эмоциональную сферу человека (Холодов, Шишло, 1979). В связи с растущим применением электронных приборов и микроволновых технологий исследования, направленные на оценку биологического действия искусственно создаваемых магнитных полей, приобретают все большее значение.

Согласно данным литературы, электромагнитный фон среды обитания современного человека в сотни и тысячи раз искажен по сравнению с естественным (Adey, 1997).

Анализ литературы, посвященной изучению влияний опиоидов и магнитного фактора на ВНД животных, выявил, что несмотря на разнообразие подходов и поведенческих моделей, общая картина данных до настоящего времени остается весьма противоречивой. На наш взгляд, главным образом, это связано с тем, что большинство используемых исследователями моделей от простых, позволяющих наблюдать элементарные проявления ВНД, до достаточно сложных, требующих проявления высших форм условнорефлекторной (УР) деятельности, основаны на оценке механизмов, реализующих поведение, но не его обусловливающих. Вместе с тем, в рамках условнорефлекторной теории предпринимались попытки оценки УР деятельности животных по первым проявлениям условного рефлекса и его закреплению в поведении (Воронин, 1954).

Изучение закономерностей сложных форм УР деятельности делает необходимым разработку новых методологических подходов для анализа поведения. Важная роль объективной оценки влияния различных воздействий на ВНД животных очевидна для интерпретации экспериментальных результатов и их экстраполяции на психическую деятельность человека в доклинических исследованиях.

Цель настоящего исследования состояла в изучении влияния модуляции опиоидной системы факторами различной природы - фармакологической (введение опиоида) и физической (экспозиция в слабом неоднородном магнитном поле) - на формирование пищедобывательного поведения в условиях свободного выбора в многоальтернативной среде у крыс Вистар. Задачами работы явилось изучение: 1) закономерностей протекания УР деятельности в зависимости от типологических особенностей ВНД; 2) влияния предварительного 5-ти кратного введения малых (50 мкг/кг) и больших (150 мкг/кг) доз аналога дерморфина на УР деятельность и свойства ВНД; 3) влияния слабых искажений (до 300 мкТл) внешнего МП на обучение и свойства ВНД.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Часть!. Современные представления о регуляторнойроли опиоидной системы.

Активное изучение эндогенной опиоидной системы началось с обнаружения в начале 70-х годов нашего столетия специфических рецепторов к морфину и другим веществам опиоидной природы в разных органах и тканях организма. Открытие эндогенных пептидов, способных к связыванию с опиоидными рецепторами (Huges, Smith, 1975), дало возможность с принципиально новых позиций рассмотреть широко известные ранее факты действия природных наркотических веществ группы морфия на организм человека и животных. Вслед за этим последовало огромное число исследований, посвященных изучению физиологических эффектов и механизмов действия эндогенных опиоидных пептидов и их синтетических аналогов, которые позволили сформулировать представления об опиоидной системе, участвующей в модуляции адаптивных свойств организма как на уровне вегетативной, так и центральной регуляции (Данилова, 1992; Клуша, 1984). В настоящее время неоспоримым является факт вовлеченности опиоидной системы во многие физиологические, патофизиологические и фармакологические механизмы, что на протяжении уже нескольких десятилетий определяет высокий интерес изучения данной системы организма в различных областях биологии и медицины.

1.1. Нейрохимическая характеристика опиоидной системы.

Первыми выделенными и идентифицированными эндогенными веществами с опиоидной активностью оказались пентапептиды Met- энкефалин и Ьеи-энкефалин (Huges et al., 1975). На данный момент установлено существование нескольких семейств эндогенных опиоидных пептидов, а также синтезировано большое число их аналогов. Наиболее крупными и хорошо изученными группами являются энкефалины, динорфины и эндорфины, для которых установлены независимые предшественники - крупные белковые молекулы -проэнкефалин А, проэнкефалин В (продинорфин) и проопимеланокортин, соответственно (Hollt, 1980; 1983; Сох, 1982; Thompson, 1984). Кроме того выделены другие эндогенные пептиды, обладающие опиоидной активностью: дерморфин и родственные ему пептиды, (3-касоморфин, киотропин (Сох, 1982; Thompson, 1984; Клуша, 1984; Хухо, 1990). В свете современных знаний считается, что опиоидные пептиды продуцируются в организме непрерывно, однако, хранятся в составе молекул-предшественников, а их запуск в действие регулируется изменяющимися условиями как внутренней среды организма, так и внешними факторами (Sandman et al., 1977). Большинство исследователей сходятся во мнении, что

подобно другим биологически активным пептидам, эндогенные опиоиды образуются из более крупных молекул-предшественников путем пост-трансляционного процессинга (Huges et al, 1980). Особенностями процесса преобразования пептидных молекул является его каскадный характер, при этом продукт каждого последующего этапа обладает иной физиологической активностью (Клуша, 1984; Хухо, 1990; Данилова, 1992). Подобное изменение функциональных свойств опиоидных пептидов в результате расщепления рассматривается некоторыми авторами в качестве одного из инструментов тонкой и точной химической настройки гомеостатических механизмов и регуляторной деятельности ЦНС (Данилова, 1992). Так, установлено, что проопимеланокортин (ПОМК), сам по себе не обладающий опиоидной активностью, является предшественником Р-эндорфина и ряда других не опиоидных нейропептидов (АКТГ, а- и Р-меланостимулирующего гормонов, р-липотропина) (Huges et al., 1980; Сох, 1982; Thompson, 1984). Р-эндорфин, в свою очередь, является предшественником а- и у-эндорфинов, совпадающих по структуре пептидной цепи N-концевым фрагментами (Шерстнев, 1979; Huges et al., 1980; Сох, 1982; Thompson, 1984). Неоднократно показано, что наследование опиоидных свойств в генетическом ряду эндорфинов и большинства других опиоидов обусловлено наличием в их структуре сходного звена - N-концевой последовательности из пяти аминокислот, полностью совпадающей со структурой Met-энкефалина, тогда как различия, определяются С-концевым участком молекулы (Snyder, 1978). В ряде исследований выявлено, что уменьшение длины пептидной цепи в ряду эндорфинов коррелировало со значительным снижением опиоидной активности и устойчивости к деградации, которая максимальна у Р-эндорфина и минимальна у энкефалинов (Сох, 1982; Иванов, Каменский, 1983). Несмотря на большое сходство функционально активной структуры у Met-энкефалина и Р-эндорфина роль последнего как предшественника энкефалинов достоверно не установлена (Иванов, Каменский, 1983). Более вероятным считается образование Met-энкефалина из отличного от ПОМК предшественника проэнкефалина А, который также участвует в образовании других опиоидов энкефалинового ряда (Сох, 1982). Для Ьеи-энкефалина предполагается наличие отдельного предшественника - проэнкефалина В (продинорфина), дающего также а- и Р-неоэндорфины и динорфины (Hollt, 1980; 1983; Сох, 1982; Kosterlitz, 1985).

При изучении биосинтеза эндогенных опиоидов было установлено, что основным источником эндорфинов является гипофиз, в средней и задней частях которого концентрация ПОМК на порядок превышает таковую в других структурах мозга и периферических органах и тканях организма (Huges et al., 1980). ПОМК и продукты ее расщепления также обнаружены в высоких концентрациях в медиобазальных ядрах

гипоталамуса, связанных проводящими путями с различными отделами мозга (таламусом, лимбическими структурами, средним мозгом). Также показано содержание эндорфинов во многих периферических органах и тканях: плазме крови, плаценте, щитовидной железе, семенниках, поджелудочной железе (Copolov, Helme, 1983). Основным периферическим источником энкефалинов считается adrenal glands (medulla), а в мозге наибольшие концентрации проэнкефалина А обнаруживаются в стриатуме (Huges et al., 1980; Сох, 1982). По данным разных авторов, энкефалины более широко распространены в мозге, чем ß-эндорфин. Среди подкорковых структур максимальное содержание энкефалинов отмечается в бледном шаре, в значительных концентрациях они содержатся в гипоталамических ядрах, лимбических структурах, хвостатом ядре, стволе мозга и дорзальных рогах спинного мозга (Copolov, Helme, 1983; Thompson, 1984). Кроме того, показано высокое содержание энкефалинов в плазме крови, ганглиях симпатической нервной системы, сетчатке и некоторых других периферических нервных волокнах (Imura, Nakai, 1981). По мнению одних исследователей, соотношение Met- и Ьеи-энкефалиновых последовательностей 4:1 в молекуле предшественника проэнкефалина А сохраняется и для концентраций этих опиоидов в мозге и периферических тканях (Сох, 1982). Другие авторы указывают на значительную вариабельность соотношения Met- и Ьеи-энкефалинов от эквимолярной в неокортексе до 8-кратного преобладания Met-энкефалинов в гипоталамусе. В связи с этим, для объяснения подобных различий не исключается возможность дифференциального процессинга проэнкефалина А в различных структурах мозга (Huges et al., 1980). Иммуногистохимические исследования свидетельствуют, что распределение динорфинов значительно отличается от опиоидов эндорфинового ряда и наиболее близко к энкефалинам. Благодаря общему предшественнику обнаруживается совместное содержание динорфинов А и В и а-нео-эндорфина в одних и тех же нейронах (Weber et al., 1982; Сох, 1982). По данным ряда авторов, наибольшая плотность рецепторов к опиоидам этой группы наблюдается в гипофизе, черной субстанции, переднем мозге, а также наличие рецепторов к динорфинам зафиксировано в гипоталамусе, ядре accumbens, стриатуме, дорзальных рогах спинного мозга и нервах желудочно-кишечного тракта (Сох, 1982; Thompson, 1984). Интересно отметить, что динорфин А присутствует в высоких концентрациях в задней части гипофиза, в супраоптическом и паравентрикулярном ядрах, которые также содержат вазопрессин (Сох, 1982; Akil et al., 1984). Однако, распределение динорфина и вазопрессина в других структурах мозга отлично (Сох, 1982).

В настоящее время имеются данные о наличии по крайней мере пяти типов опиоидных рецепторов: ц, S, к, s и <т (Клуша, 1984; Thompson, 1984; Kosterlitz, 1985). Несмотря на

наличие предпочтительного связывания нейропептидов, относящихся к разным классам, с определенным типом рецепторов, для многих эндогенных опиоидов показана возможность высокоэффективного взаимодействия более чем с одним типом рецепторов (Kosterlitz, 1985). В многочисленных работах установлено, что ß-эндорфин и родственные ему опиоиды имеют высокое сродство к ц-, к-, г- и 8-рецепторам. Met- и Ьеи-энкефалины преимущественно связываются с 5-рецепторами, для Met-энкефалина также показана возможность связывания с ц-рецепторами. Опиоиды группы ди�