Возрастные особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон

Карелина, Татьяна Викторовна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Возрастные особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон
ВАК РФ 03.03.01, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Возрастные особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон"

На правах рукописи

Карелина Татьяна Викторовна

ВОЗРАСТНЫЕ ОСОБЕННОСТИ СИНАПТИЧЕСКОЙ АКТИВАЦИИ КЛЕТОК ПУРКИНЬЕ МОЗЖЕЧКА СИСТЕМОЙ ЛАЗЯЩИХ И МШИСТЫХ ВОЛОКОН

Специальность 03.03.01 физиология

Автореферат

Диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 2010

004604957

Работа выполнена в лаборатории сравнительной физиологии мозжечка (заведующий -член-корреспондент РАЕН, д.б.н., профессор Григорьян Роман Ашотович) Учреждения Российской академии наук Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Научный руководитель:

Член-корр. РАЕН,

доктор биологических наук, профессор Григорьян Роман Ашотович

Официальные оппоненты:

Доктор медицинских наук, профессор Толкунов Борис Федорович

Доктор биологических наук, профессор заслуженный работник высшей школы РФ

Лапицкий Виктор Петрович

Ведущее учреждение:

Санкт-Петербургская Государственная Педиатрическая Медицинская Академия

Защита диссертации состоится «8» июня 2010 г. в 11 часов на заседании Диссертационного совета (Д 002.127.01) при Учреждении Российской академии наук Институте эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН по адресу: 194223, Санкт-Петербург, пр. М.Тореза, д. 44.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН

Автореферат разослан« "> » с_ 2010 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета

доктор биологических наук,профессор

Общая характеристика работы

Легальность проблемы. Одной из актуальных проблем нейрофизиологии, и эволюционной нейрофизиолопш в частности является изучение коитроля, регуляции и координации движений. Мозжечок вовлечен в общий контроль движении вместе пирамидной и экстрапирамидной системами в отношении таких важных функций как плавность, точность и быстрота движений (Карами, 1976; Разумеев, Григорьян, 1976, Толкунов Б.Ф. 1978). Он также участвует в механизмах предварительного программирования движений (Фанарджан, Григорьян, 1983; Ito, 1984). Между тем, своеобразие анатомической иннервации клеток Пурюшье и цитоархитектоники коры мозжечка, сходное у всех представителей позвоночных, делают мозжечок весьма удобным и привлекательным объектом для функционального изучения. Двойственный характер иннервации клеток Пуркииье системами мшистых и лазящих волокон (Ramon у Cajal, 1888; Eccles et all, 1967; Андреева, Обухов, 1999) позволяет успешно идентифицировать клетки Пуркииье в ходе проведения электрофизиологических исследований и оценивать эффективность синоптического действия, оказываемого этими афферентными системами на клетки Пуркинье.

Гармалин широко используется в исследованиях, связанных с физиологией клеток Пуркинье мозжечка. Это основано на том, что он является специфическим активатором нейронов ядер нижней оливы, аксоны которых формируют одну из важных афферентных систем мозжечка - систему лазящих волокон (Eccles et all, 1967; Ito, 1984; Miwa, 2000). Другим важным инструментом воздействия на афферентный вход к клеткам Пуркинье является этанол, который оказывает растормаживающий эффект на активность клеток Пуркинье мозжечка, активируемых системой мшистых волокон (Григорьян, Исмаилов, 1984). В то же время этанол вызывает подавление тремора, вызванного введением гармалина (Rappaport et all, 1984). Эти данные подтверждены тем, что при поступлении этанола в организм его наибольшая концентрация в пределах ЦНС обнаруживается именно в мозжечке и пшпокампе (Сытинский,

Наиболее адекватным в изучении механизмов контроля и регуляции движения является исследования в онтогенетическом плане, так как одним из путей решения задач эволюционной физиологии является сравнительно-онтогенетический метод (Орбели, 1961). Следует отметин,, что роль мозжечка и его главного элемента - клеток Пуркинье - в контроле и регуляции движений в онтогенезе является одной из слабо разработанных разделов физиологии двигательного аппарата. Экспериментальный материал, выполненный на взрослых животных, довольно широко представлен в периодической литературе (Armstrong, Edgley,1988; Mi

1980).

1982; Свенсон, 2005), а возрастной аспект физиологии клеток Пуркинье с параллельным изучением двигательных реакций на незрелорождающихся животных освещен крайне скудно. Научный интерес к этой теме диктуется еще и тем соображением, что незрелорождающиеся крысы значительно отличаются по темпам постнатального развития электрофизиологаческой картины разряда клеток Пуркинье от зрелорождающихся, в частности морских свинок, на различных стадиях развития (Тарасова, Григорьян, 1984; Григорьянн и др. 2003). Старение, являясь заключительным этапом онтогенетического развития, так же как и ранний период постнатальной жизни, включает изменения функциональной активности всех систем организма (Аннснмов В.Н., 2003; McKay В. Е., Turner R. W., 2005).

С учетом сказанного, систематическое изучение эффективности синаптического действия двух основных афференгаых входов к клеткам Пуркинье мозжечка, вовлеченных в контроль и регуляцию движений, представляется актуальным. Сочетание электрофизиологического метода исследования функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка, активируемых системой лазящих и мшистых волокон у животных, находящихся на разных этапах онтогенеза, а именно на стадии морфо-функциопального созревания клеточных элементов коры мозжечка (двухнедельные крысята), зрелой стадии развития (3-6 мес) и в процессе старения (25-36 мес) с изучением уровня двигательной активности является наиболее адекватным подходом в решении данной проблемы, который углубит наше понимание сложных механизмов контроля, координации и регуляции движений. Цель работы

Изучить особешгасти синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка афферентами лазящих и мшистых волокон и ее связь с развитием моторной активности крыс на разных стадиях постнатального онтогенеза. Задачи исследования

1. Определить исходные численные показатели частотного спектра активности клеток Пуркинье, активируемых системами лазящих и мшистых волокон, параметров сложного спайка и длительности депрессии простых спайков после сложного разряда у крыс, находящихся на разных этапах онтогенеза.

2. Сравнить возрастные изменения частотного спектра клеток Пуркинье мозжечка, формы сложного спайка и длительности депрессии простых спайков с уровнем моторной активности крыс под влиянием гармалина.

3. Сравнить возрастные шменения частотного спектра клеток Пуркинье мозжечка, формы сложного спайка и длительности депрессии простых спайков с уровнем моторной активности крыс под влиянием этанола.

Научная новизна работы

Новизна работы заключается в том, что в ней впервые дан сравшггельный анализ паттерна активности клеток Пурышьс мозжечка у представителя незрелорождающихся животных - крыс линии Вистар на разных стадиях онтогенеза, отражающих незрелый уровень развития клеточных элементов и синаптических связей в коре мозжечка, взрослую половозрелую стадшо и старческие изменения. В работе впервые продемонстрирована различная чувствительность клеток Пуркинье мозжечка животных, находящихся на разных стадиях онтогенетического развития к введению гармалшш и этанола.

В работе впервые установлено, что форма сложного спайка в разряде клеток Пуркинье мозжечка двухнедельных крыс уже соответствует взрослой стадии развития, а на поздней стадии онтогенеза наблюдаются ее инволюционные изменения. Кроме того, впервые показано, изменения формы сложного спайка под влиянием гармалина и этанола коррелируют с длительностью депрессией простых спайков.

Наконец, новым в работе является сопоставлешю полученных изменений паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка и формы сложного спайка с уровнем развития двигательной активности в соответствующих возрастных группах у интактных животных и под влиянием гармалина и этанола. Основные положения, выносимые на защиту.

1. В процессе созревания и старения у представителей незрелорождающихся животных -1фыс линии Вистар наблюдаются изменения частотного спектра активности клеток Пуркинье мозжечка, которые сопровождаются изменением уровня моторной активности как интактных животных, так и в условиях действия гармалина и этанола.

2. Форма сложного спайка у двухнедельных крысят соответствует взрослой, половозрелой стадии развития, в то время как у старых животных она существенно отличается от взрослых особей. Введение как гармалина, так и этанола изменяет форму сложного спайка, которое сопровождается изменением длительности депрессии у животных всех возрастных групп.

Научное и практическое значение паботы.

В работе проведен анализ функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка крыс, активируемых афферентами лазящих и мшистых волокон, показывающий разную степень зрелости возбудительно-тормозных процессов в коре мозжечка. Полученные данные расширяют теоретические представления о механизмах управления двигательной активностью животных на разных этапах онтогенеза. Полученные в работе экспериментальные данные о влиянии гармалина на активность клеток Пуркинье могут быть использованы в качестве теоретического обоснования для объяснения механизмов возникновения и развития эссенциального тремора у людей. Материалы с влиянием этанола на афферентную систему

мшистых волокон послужат углублению понимания механизмов нарушения позы и походки в начальных стадиях алкогольной интоксикации.

Кроме того, полученные результаты могут быть использованы в курсах лекций по физиологии центральной нервной системы для студентов биологических факультетов высших учебных заведений и медицинских педиатрических академии и университетов. Материалы диссертации могут также войта в руководства по общей физиологии ЦНС. Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на международном симпозиуме, посвященном позе и походке (Япония, Матсумото, 1994); на заседании лаборатории физиолоши движений Рокфелеровского университета США (1996); на семинаре лаборатории физиологии ЦНС неврологического института P.C. Дау (США, Портленд, 1996); на XXXIII международном Конгрессе физиологических наук (С-Петербург, 1997); на ежегодных собраниях Американского общества нейронаук: 30th Annual Meeting of American for Neurocsience (New Orleans, 2000), 31th Annual Meeting of American for Neurocsience (San Diego, 2001), 32th Annual Meeting of American for Neurocsience (Orlando, 2002); на заседания Санкт-Петербургского общества физиологов в 2000 и 2001 годах, на Совещаниях и школах по эволюционной физиологии (1996, 2001, 2006); на конференции «Научное наследие академика Л. А.Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции функций, физиологии экстремальных состояний» (2008); на VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 160-летию со дня рождения И.П.Павлова «Механизмы функционирования висцеральных систем» (2009).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 26 печатных работ, из них 8 статей, из них 4 в реферируемых журналах и 18 тезисов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики и объектов исследования, изложения экспериментальных данных, обсуждени^ полученных результатов, выводов и списка литературы, содержащего источник*. Материал диссертации изложен на /^страницах, иллюстрирован 22 рисунками и 5 таблицами.

Материалы и методы исследования

Работа выполнена на 197 крысах, самцах линии Вистар. Все экспериментальные животные были разделены на три возрастные группы. В первую группу входили двухнедельные крысята (13-14 суток), во вторую группу - взрослые животные (3-6 месяцев) и в третью группу - старые животные (25-36 мес.).

Анестезия и хирургические процедуры. Крыс внутрпбрюшшшо наркотизировали уретаном в дозе 1000-1400 мг/кг массы тела. С целью уменьшения пульсации поверхности мозжечка во время дихашгя в Т-образный разрез на трахее вводили трахеотомическую трубку, которую закрепляли с помощью лигатуры. Трепанациошюе отверстие на затылочной кости черепа находилось в 1-2 мм от среднесапггталыюй липии черепа, над зоной HV-IIVI долек по классификащш Ларселла (Larsell, 1934). После проведения операщш животное закреплялось в стереотаксическом аппарате, где голова жестко фиксировалась с помощью ушных держателей. В течение всего времени проведения операционных процедур, а также во время опыта животные находились на термостатическом столике, где поддерживалась постоянная температура 38°С. После того как микроэлектрод касался коры мозжечка, отверстие в затылочной костн черепа заливалось 6% раствором агар-агара для предотвращения пульсации, связанной с дыхательной и сердечной деятельностью, а также, во избежание подсыхания коры мозжечка. Все опыты проведены в соответствхш с принципами Европейской конвенции (Страсбург, 1986) и Хельсинской декларации Всемирной медицинской ассоциации о гуманном обращении с животными (1996).

Метод регистрации и идентификации клеток Пуркинье. Внеклеточное отведение активности клеток Пуркинье осуществляли стеклянными мпкроэлектродами, заполненными 2,5М раствором NaCl с сопротивлением кончика от 2 до 10 мОм. Индифферентный электрод вкалывался в черепную кость. Усиленный сигнал подавался на экран осциллографа для визуального контроля. В серии экспериментов, связанных с оценкой влияния гармалина на паттерн активности клеток Пуркинье мозжечка, сигнал от усилителя регистрировался на магнитофон. Записи на магнитной ленте через преобразователь импульсов вводились в электрошю-вычислительную машину «Электроника ДЗ-28» с целью получения цифровых характеристик импульсной активности клеток Пуркинье. В других сериях экспериментов, связанных с оценкой формы сложного спайка и влияния этанола на импульсную активность клеток Пуркинье, сигнал от усилителя нейронной активности подавался на аналогово-цифровую плату L-791, где он оцифровывался с частотой дискретизации 10 КГц. Идентификация клеток Пуркинье осуществлялась по одновременному наличию простых и сложных снайков в разряде регистрируемой клетки, отражающих синаптическую активацию клеток Пуркинье системами мшистых и лазящих волокон соответственно, а также по наличию депрессии простых спайков после сложного разряда. В серии опытов с введением гармалина и этанола после 10-ти минутной регистрации фоновой активности проводилось медленное внутрибрюшинное введение гармалина (фирма Sigma) из расчета 15 мг/кг или этанола в дозе 2г/кг в виде 30% раствора во всех возрастных группах, после чего продолжалась регистрация активности той же клетки Пуркинье в течение 60 мин.

Для оценки двигательной активности подсчитывалось число квадратов, пересеченных животным всеми четырьмя лапами в «открытом поле», которое для взрослых животных представляло собой коробку размером 1м х 1м с высотой бортиков 20 см. Для крысят размер коробки был равен 50 х 50 см с высотой бортиков 10 см. Дно коробки было расчерчено на 25 квадратов в обоих случаях крыса помещалась в центральный квадрат. Наблюдете велось в течете 5 мин.

Обработка данных. В ходе обработки данных, связанных с характеристикой импульсной активности клеток Пуркинье, оценивали среднюю частоту простых и сложных спайков, а также длительность депрессии простых спайков, возникающую вслед за активацией клеток Пуркинье афферентной системой лазящих волокон. Средняя частота простых и сложных спайков вычисляли раздельно за одни и те же промежутки времени, которые составляли от 30 секунд до 1 минуты.

В серии экспериментов, посвященных изучению формы сложного спайка оцифрованный сигнал анализировался в программе «Bioactivity Recorder v. 5.3» (Сибаров, 2007). С помощью данной программы для каждого отдельно взятого сложного спайка вычислялись его длительность, частота и число составляющих его потенциалов действия, а также среднее значение вышеперечисленных показателей для каждой конкретной записи.

В ходе окончательной статистической обработки с помощью программы MS Excel 2002 высчитывало«, среднее значение и статистическая ошибка среднего для всех исследованных показателей в пределах каждой возрастной группы животных. Для проверки достоверности различий средних значений использовали парный и двухвыборочцый критерии Стьюдента. Различия считались достоверными при р<0,05. (Ивантер, Коросов, 1992).

Результаты исследования

Интактные животные. Проведенное сравнительное изучение функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка крыс, находящихся на раннем, среднем и позднем сроках постнатального онтогенеза выявило существенные различия в частоте простых спайков и длительности их депрессии, следующей за сложным разрядом. В то же время частота сложных спайков мало отличалась друг от друга во всех трех возрастных группах животных. Было показано, что частота простых спайков с возрастом увеличивалась. Наибольшее значение этого показателя наблюдалось у старых крыс, а наименьшее - в младшей возрастной группе. Длительность депрессии простых спайков с возрастом, наоборот, уменьшалась и была наибольшей у крысят, а наименьшей - у старых крыс (табл. 1)

Таблица 1

Возрастные изменения паттерна активносш, формы сложного спайка клеток Пуркпиье мозжечка н уровня двигательной активности у иитактных крыс

Группа животных Уровень двнгат. акт-ти Паттерн активности клеток Пуркинье Форма сложного спайка

Частота ПС (имп/с) Частота СС (имп/с) Длит. ДПС (мс) Общая длит. СС (мс) Частота имп в СС (имп/с) Число имп. в СС

Крысята (2 иед.) 21,2±2,9* 8,6±1,5* 0,60±0,08 261±46* 6,5±0,3 430±21 3,6*0,1

Взрослые (4-6 мес) 38,2±4,7 29,9±2,7 0,55±0,09 118±19 6,3±0,4 446±29 3,6±0,3

Старые (25-36 мес) 11,7±1,6* 38,8*3,0* 0,65±0,1 60±9* 6,5*0,4 590±45* 4,5±0,3*

ПС - простые спайки, СС - сложные спайки, ДПС - депрессия простых спайков. * - Достоверные отличия по сравнению с взрослыми животными (р<0,05)

В результате анализа формы сложного спайка у крыс, находящихся на разных стадиях постнатального онтогенеза, обнаружено, что возрастные изменения наблюдаются в двух из трех исследуемых показателей. У старых крыс было установлено достоверное увеличение частоты и числа импульсов, входящих в состав сложного спайка, в то время как отличия исследуемых показателей между возрастными группами двухнедельных и взрослых животных были статистически недостоверны. Длительность сложного спайка оказалась достаточно стабильной величиной на всех исследованных этапах постнатальной жизни.

Изменение функционального состояния клеточных элементов коры мозжечка на разных стадиях постнатальной жизни, которое подтверждалось обнаруженными отличиями в паттерне активности основного элемента - клеток Пуркинье, а также обнаруженные отличпя формы сложного спайка, сопровождались изменениями и в уровне моторной активности крыс исследованных возрастов. Этот показатель у двухнедельных крысят еще не достигает взрослого уровня развития, а у старых крыс претерпевает значительное снижение по сравнению с взрослыми животными. Кроме того, на незрелость моторной активности крысят указывает и тот факт, что их походка отличается шаткостью и неустойчивостью, и в ней все еще присутствуют элементы ползания, когда туловище не поддерживается над опорой, а опирается на нее. При этом у животных в этом возрасте еще не вполне сформирована антигравитационная поддержка головы, в результате чего голова периодически жжигнааюрг:

Гаумалин. Реакции клеток Пуркинье мозжечка на внутрибркшпшное введение гармалина во всех возрастных группах были представлены двумя типами (рис. 1).

Исхода.

имп/с 1 6 5 4 3 2 1 О

Исходи. 10

Частота сложных спайков

иып/с

Д т

6 5

МИН Исинга. 10 30

Длительность депрессии простых спайков

■р 1800 1300 1200 ё 900 600 300 0

Исходи 10

Искони 10

Частота простых спайкпв

Рис. 1. Влияние гармалина на паттерн активности клеток ГХуркинье мозжечка крыс разных возрастов. На А, Б, В - первый тип ответов: на Г, Д, Е — второй тип ответов. Черный цвет - крысята, серый - взрослые животные, белый цвет - старые крысы. Стрелкой указан момент введения гармалина. Звездочкой отмечены достоверные отличия от исходного значения (р<0,05).

Отличительным критерием разделения служила степень блокирования синаптичеекой передачи импульсашш, поступающей по системе мшистых волокон, т.е. степень депрессии простых спайков.

Из 90 зарегистрированных клеток Пуркинье к первому типу ответов были отнесены 1 реакции 42-х клеток. Их ответ на введение гармалина заключался, прежде всего, в I значительном увеличении частоты сложных спайков в картине разряда. В результате этого, через некоторое время наступало блокирование передачи информации, поступающей по системе мшистых волокон, приводящее к полному исчезновению простых спайков из картины разряда. Время развития реакции было различным у животных всех возрастных групп. Так, у крысят исчезновение простых спайков происходило через 3-8 минут после введения гармалина, у взрослых крыс - через 15-20 минут, а у старых животных через 25-30 минут. Достоверные изменения частоты сложных спайков у крысят и взрослых животных наступали уже через 5

минут после введения гармалина, у старых крыс - через 20 мин. При этом максимальное увеличение у крысят, взрослых и старых крыс наблюдалось через 20, 30 и 40 мин соответственно. Длительность депрессии простых спайков, следующей за сложным спайком, в разряде клеток Пуркинье, отнесенных к первому типу реакций на введение тармалина, измерялась до момента исчезновения простых спайков из картины разряда клеток Пуркинье. При этом достоверное увеличение данного показателя у крысят было тарииорирогаю через 5 мин после введения гармалина, у старых крыс - через 20 мин, а у взрослых крыс средняя величина данного показателя практически не изменялась.

У 48 клеток, по характеру реакций отнесенных ко второму типу ответов, наблюдалось гораздо метшее, по сравнению с 1 типом ответов, увеличение частоты сложных спайков, а также увеличение длительности тормозной паузы, следующей за сложным разрядом. Полного исчезновения простых спайков из картины разряда клеток Пуркинье при этом не наблюдалось, хотя имелось достоверное снижение их частоты. Изменения всех показателен активности клеток Пуркинье наступали быстрее всего у крысят, затем у взрослых животных, и, наконец, у старых крыс латентный период был самым длительным. Так, достоверное снижение частоты простых спайков у крысят отмечалось с 10-ой минуты, у взрослых животных - с 20-ой минуты, а у старых крыс - с 40-ой минуты после введепия гармалина. Наиболее выраженные изменения этого показателя наблюдались в младшей возрастной группе. У них наименьшее значение частоты простых спайков, которое отмечалось через 30 мил после введения гармалина, было в 4 раза ниже нормы. Самое слабое изменение частоты простых спайков наблюдалось в группе взрослых животных. Максимальное снижение, зафиксированное через 40 мин после введения гармалина, у животных этой возрастной группы было ниже нормы в 2 раза. В старшей возрастной группе исходный уровень частоты простых спайков был в 3 раза выше, чем через 50 мин после введения гармалина. Изменение частоты сложных спайков у клеток Пуркинье, отнесенных ко второму типу реакции были не столь выражены и наступали позднее, чем у клеток Пуркинье, отнесенных к первому типу реакций. Достоверные изменения данного показателя быстрее всего наступали у крысят и наблюдались через 30 мин после введения гармалина. У взрослых крыс - через 40 мин и у старых животных - через 50 мин. Увеличение длительности депрессии простых спайков в разряде клеток Пуркинье, отнесенных ко второму типу ответов, как и других показателей паттерна активности, быстрее всего наступало у крысят, а позже - у старых крыс. При этом превышение максимального значения данного показателя над нормой было сильнее выраженным у старых животных - в 6,7 раза, чуть ниже у крысят - в5,5 раза и самое маленькое превышение наблюдалось в группе взрослых крыс - в 3,1 раза.

При детальном анализе изменений формы сложного спайка под влиянием гармалина было показано, что у крысят и старых животных наблюдалось увеличение всех исследуемых показателей. У взрослых крыс форма сложного спайка оказалась довольно устойчивой к воздействию гармалина. В этой возрастной группе животных хотя и наблюдалось увеличение всех трех исследуемых показателей, однако оно не достигало достоверного отличия ог нормы. У крысят достоверные изменения всех трех показателей наблюдались через 10, 20 и 30 мин после введения гармалина. При этом длительность сложного спайка и число импульсов, входящих в его состав, и через 40 мин продолжали оставаться достоверно выше нормы. Следует отметить, что максимальное увеличение частоты импульсов в составе сложного спайка было выше нормы на 20%, числа импульсов - на 83%, а длительности сложного спайка - на 73%. У старых животных достоверные отличия наступали позднее, чем у крысят и были менее выраженными. Так максимальное увеличение частоты импульсов в составе сложного спайка составило 16%, длительности сложного спайка-20%, а числа импульсов -37% (табл.2).

Таблица 2

Влияние гармалпиа на показатели, характеризующие форму сложного спайка в разряде клеток Пуркинье мозжечка крыс иа разных стадиях онтогенеза.

Крысята Взрослые Старые

Длит. СС Число пд Част. ПД Длит. СС Число ПД Част. па_ Длит. СС Число ПД Част. вд

Исходи 6,2±0,4 3,б±0,1 457±35 6,4±0,7 3,6±0,3 461±19 6,7±0,4 4,6±0,4 602±43

5 мпв 8,0±0,7 4,7±0,6 489±36 5,1 ±0,2 3,4±0,3 517±60 6,9±0,4 4,8±0,5 642±53

10 мил 8,6±0,7* 5,1±0,6* 547±44* 5,9±0,6 3,7±0,3 526±44 6,7±0,2 4,7±0,3 596±33

20 мин 10,7±1,0* 6,7±0,9* 526±44* 5,2±0,6 3,5±0,2 457±58 6,5±0,4 4Д±0,3 556±48

30 мин 8,9*0,8* 5,3±0,5* 506±45* 6,9±0,5 4,3±0,3 576±50 6,3±1,0 4,7±0,3 646±74

40 мин 9,5±1,2* 5,5±1,0* 515±33 5,0±0,6 3,5±0,2 551±81 6,8±0,4 6,1±0,5* 698±32*

50 мин 7,9±0,8 4,2=1-0,3 465±40 5,3±1,5 4,0±0,4 551±85 8,1±0,2* 6,3±0,3* 59б±63

60 мин 7,6±0,5 3,9±0,2 442±40 5,3±1,0 3,4±0,2 548±98 7,2±0,4 4,5±0,1 565±69

*- достоверные отличия от исходного значения (р<0,05)

Внутрибрюшшшое г,ведение гармалина вызывало появление мышечного тремора во всех возрастных группах животных. Следует отметить, что время между введением гармалина и появлением тремора отличалось друг от друга у животных разных возрастов. У крысят тремор появлялся уже через 3-5 мин после введения гармалнна, у взрослых крыс - через 10-15 минут, а у старых животных через 20-30 минут. При оценке уровня моторной активности было обнаружено существенное снижение данной величины после введения гармалина. Среднее значение числа пересеченных квадратов после введения гармалина у крысят «писалось в 5,5 раз, у старых крыс - в 4,3 раза, а у взрослых животных - в 2,4 раза. Т.о. наибольшая степень снижения уровня локомоции наблюдалось у крысят и старых животных, т.е. в тех возрастных

группах, где отмечалось большее изменение паттерна активности клеток Пуркинье и формы сложного спайка.

Этанол. Характер изменений паттерна активности клеток Пуркинье под влиянием этанола шел общую направленность во всех трех возрастных группах животных и в целом был противоположен изменениям, полученным в серии экспериментов с введением прмалииа. Было установлено, что у животных всех исследованных возрастов введение этанола приводит к увеличению частоты и уменьшению длительности депрессии простых спайков, а также к уменьшению частоты сложных спайков (рис.2). Временная последовательность

Частота простых спайюш

Исходи 10 30 50 мин

Частота сложных спайков

"0,6

Исходя 10

50 МИН

Длительность депрессия простых спайков

Рис 2 Влияние этанола на готтерн активности клеток Пуркинье мозжечка крыг равных возрастов.

'-¡ерный цвет - крысята, серый - взрослые животные, Сёлый цвгт - старые крысы. Стрелкой указан момент введения этанола. Звездочкой отмечены достоверные отличия от исходного значения (р$0,05).

Исхода 10 30 50 ыин

изменений была такой же, как и в случае с гармалином. Раньше всех на введение этанола реагировали крысята, затем взрослые животные и самыми последними - старые,

В младшей возрастной группе частота простых спайков в разряде клеток Пуркинье мозжечка была увеличенной через 5 и 10 минут после введения этанола. Превышение значения данного показателя над нормой составило около 60% - 70%. У взрослых животных увеличение среднего значения частоты простых спайков было зафиксировано через 10 - 30 мин после введения этанола. Максимальное увеличение среднего значения данного параметра, которое наблюдалось через 10 мин после введения этанола, было выше нормы на 66%. У старых крыс частота простых спайков начинала увеличиваться только через 40 мин и продолжала достоверно отличаться от нормы и через 50 мин после введения этанола При этом увеличение среднего значения данного показателя по сравнению с нормой составило 32%.

Снижение частоты сложных спайков во всех возрастных группах происходило позже, чем увеличение частоты простых спайков. У крысят достоверное изменение средней величины данного показателя было зарегистрировано только через 20 мин после введения этанола. Оно было ниже нормы на 40%. У взрослых крыс частота разряда клеток Пуркинье сложными спайками была ниже нормы, начиная с 20 мин и до конца периода регистрации, т.е. до 60 мин после введения этанола. Минимальная частота сложных спайков в этой возрастной группе была зарегистрирована через 30 мин после введения этанола и была ниже нормы на 68%. У старых животных изменение частоты сложных спайков было зафиксировало еще позже -только через 50 мин после введения этанола. В этот период среднее значение данного показателя было ниже нормы на 43%.

Изменение длительности депрессии простых спайков, наблюдаемой вслед за возникновением сложного спайка, во всех трех возрастных группах животных начиналось одновременно с изменением частоты простых спайков. Данное явление у крысят начиналось через 5 мин, у взрослых животных - через 10 мин, а у старых крыс - через 40 минут после введения этанола. При этом минимальное значение данного показателя у крысят было ниже нормы на 46%, у взрослых крыс - на 68%, а у старых животных - на 32%. При исследовании формы сложного спайка в условиях действия этанола было установлено снижение средних значений всех исследованных параметров в трех возрастных группах. При этом было отмечено, что изменение формы сложного спайка у крысят и взрослых животных в целом несколько отставало от изменений паттерна активности клеток Пуркинье, в то время как у старых крыс все показатели изменялись практически одновременно (рие.З). У крысят достоверные изменения параметров, характеризующих форму сложного спайка наблюдались через 10 и 20 мин после введения этанола. При этом максимальное снижение длительности сложного спайка составило 21%, числа потенциалов действия в сложном спайке - 12%, а частоты импульсов в сложном спайке - 20%. У взрослых животных изменение формы сложного спайка под воздействием этанола наблюдалось более длительный период времени, чем у крысят. Так, достоверные отличия в числе импульсов, входящих в состав сложного спайка, и общей длительности сложного спайка наблюдались через 30, 40 и 50 минут после введения этанола. Изменение частоты импульсов наступало несколько позднее, чем других

е8

о т и МГ

ё в

О) ^

Л -

Крысята

. -га- -й- -А-._..□-■ О 1 " а

700 600 500 400 300 200 100 о

Исходи 10

50 мин

ИР Исхода 10

Р О „ £ ш 4 к (=Г

1 о2 1

к к ИР

Старые

■5 -о- о.

■ а -1

700 "й

600 8

500 —

400 3

300 д

200 о

100 " Л

0 Р

Исхош 10

Рис.3. Влияние этанола на форму сложного спайка у крыс на разных стадиях онтогенеза.

■ а ■ Число ПД в сложном спайке —о— Длительность сложного спайка - -а- Частота ПД в сложном спайке Стрелкой указан момент- введения этанола Темным цветом на графиках отмечены достоверные отличия от исходного значения ( р^0,05).

казателей и регистрировалось через 40 и 50 минут после введения этанола. В момент наибольшего снижения длительность сложного спайка была ниже нормы на 50%, число импульсов - на 44% и частота импульсов в составе сложного спайка - на 52%. У старых крыс изменение формы сложного спайка после введения этанола наступало позже, чем у крысят и взрослых животных и регистрировалось с40 по 60 минуту. Наибольшее снижение длительности сложного спайка составило 20%, числа импульсов в составе сложного спайка -34%, а частоты импульсов - 23%.

В серии экспериментов с введением этанола у всех подопытных животных, независимо от возраста, наблюдалось нарушение уровня двигательной активности и шаткость походки. При оценке уровня двигательной активности было отмечено значительное снижение средевго значения данного показателя во всех возрастных группах животных. При этом следует отметить, что в отличие от гармалина, более существенное изменение двигательной активности наблюдалось у взрослых животных. Число пересеченных квадратов в этой возрастной группе был в 6,6 раза ниже нормы, в то время как у крысят-в 3,2 раза, а у старых животных - в 3,5 раза

Т.о., суммируя все вышесказанное, следует отметить, что быстрее всех на введение этанола реагировали крысята, а позже всех - старые крысы. При этом у взрослых животных достоверные изменения параметров активности клеток Пуркинье и формы сложного спайка сохранялись более длительный период времени и имели больший процент изменения по сравнению с исходным значением, чем у крысят и старых животных. Кроме того, нарушение двигательной активности под влиянием этанола было более выражено у взрослых крыс.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Интактные животные. В ходе проведенных элекгрофизиологических исследований функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка на разных сроках постнатального онтогенеза у интактных крыс было установлено, что паттерн активности клеток Пуркинье менялся с возрастом животных. Было зарегистрировано увеличите частоты и уменьшение длительности депрессии простых спайков, тогда как частота сложных спайков оставалась практически без изменений. Полученные результаты хорошо согласуются с данными о том, что между длительностью депрессии и предшествующей ей частотой простых спайков имеется отрицательная корреляционная связь (Armstrong, Rawson, 1979). В основе наблюдаемых отличий частоты простых спайков у двухнедельных и старых крыс от взрослых животных имеет место, по всей видимости, не полная зрелость клеточных элементов и связей коры мозжечка у двухнедельных крысят (Altman 1972а; 1972b; 1972с; McKay, Turner, 2005) и регрессионные изменения, наблюдаемые в коре мозжечка старых животных (Huang et all, 1999; Dlugos., Pentaey., 1994). Кроме того, полученное нами увеличение частоты и уменьшения длительности депрессии простых спайков у взрослых крыс по сравнению с двухнедельными может объясняться уменьшением длительности рефрактерного периода, следующего за возникновением спайка, которое наблюдается на начальных стадиях онтогенеза (Guan et at all, 2006). Уменьшение длительности депрессии простых спайков у старых животных по сравнению с взрослыми, возможно, связано с тем, что в процессе старения снижается плотность корзинчатых клеток (Sturrock, 1989), которые, оказывая тормозное влияние на клетки Пуркинье, вносят свой вклад в длительность депрессии простых спайков (Bloedel, 1972).

Кроме изменения самого паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка нами было зарегистрировано и изменение формы сложного спайка в процессе старения. Не так давно было высказано предположение, что в ответе клетки Пуркинье на возбуждение, приходящее по лазящему волокну, принимает участие ВК подтип Са2+ активируемых К+ каналов (Edgerton, Reinhart, 2003), при этом экспрессия этих каналов в клетках Пуркинье мозжечка крыс достигает взрослого уровня к концу 2-й недели постнатального развития (Muller et all, 1998). Данные факты в определенной степени позволяет объяснить полученные нами результаты, когда мы не обнаружили отличий в форме сложного спайка между двухнедельными и взрослыми животными. Изменение формы сложного спайка при старении, скорее всего, опосредуется изменением концентрации Са2+ во внутриклеточной среде за счет нарушения работы Са2+ каналов на этой стадии онтогенеза (Iwamoto, 2004; Chung et all, 2001 b). Поскольку известно, что для активации ВК каналов необходим определенный уровень концентрации Са2+ в цитозоле, то его изменения, связанные с нарушениями работы Са2+ каналов, могут приводить

к изменению работы ВК каналов, что, в свою очередь, может вносить свой вклад в изменение формы сложного спайка, наблюдаемое нами при старении.

Гармалин. Во всех возрастных группах увеличение уровня активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих волокон за счет введения гармалшт (и как следствие увеличение частоты сложных спайков) приводило либо к снижению частоты, либо к полному печезновешпо простых спайков из картины разряда клеток Пуркинье. Известно, что соотношение частоты простых и сложных спайков в разряде клеток Пуркннье мозжечка носит реципрокный характер (Ferin et all, 1971; Грпгроьян, Тарасова, 1982). Увеличение частоты сложных спайков за счет повторной электрической стимуляции лазящих волокон приводило к снижению частоты простых спайков и их исчезновению, тогда как инактивация нижней оливы (источника лазящих волокон), наоборот, заметно повышала частоту простых спайков (Demer, 1985). В исследованиях, выполненных па целом животном и срезах мозжечка было продемонстрировало наличие спонтанной импульсной активности в деафферентировшшых клетках Пуркннье (Eccles et all, 1967; Raman, Bean, 1999). Это позволило сделать предположение о наличии в клетках Пуркинье внутреннего пейсмекера (Cerminara, Ravvson, 2004), что может объяснить полученные нами данные о том, что у клеток Пуркинье, отнесенных ко второму типу ответов, частота простых спайков изменяется раньше чем частота сложных. Т.е. можно предположить, что хотя уровень изменения импульсации, приходящей по системе лазящих волокон, не достаточен для увеличения частоты сложных спайков, однако, возможно, что за счет влияния на внутренний пейсмекер, осуществляется снижение частоты простых спайков._У животных всех возрастных групп в наших опытах было установлено увеличение длительности депрессии простых спайков после введения гармалнна. Возможно, это связано с увеличением мощности воздействия лазящих волокон, которые, с одной стороны, оказывают тормозное влияние на внутренний пейсмекер, генерирующий простые спайки, а с другой, вызывают инактивацию мембраны дендритов клеток Пуркинье за счет длительной деполяризации (Ekerot, Oscarson, 1981). Механизм действия гармалнна до сих пор остается мало изученным. В опытах на мутантных мышах, у которых отсутствовали потенциал-зависимые К+ каналы (подтипы Kv3.1 или Kv3.3) было установлено, что для генерации и поддержания тремора, вызванного гармалином, необходим подтип Kv3.3, в то время как подтип Kv3.1 принимает участие в регулировании амплитуды и частоты тремора (McMahon et all, 2004).

Следует отметить, что у крысят и старых животных наблюдалось большее влияние гармалина на активность клеток Пуркинье мозжечка и форму сложного спайка по сравнению с взрослыми животными. Данное явление хорошо согласуется с литературными данными, указывающими на незрелость мозжечка в ранний период онтогенеза и инволюционные

изменения, наблюдаемые в период старения, а так же меньшую лабильностью нервной системы на ранних сроках онтогенеза по сравнению с более поздними стадиями развития.

Этанол. При исследовании действия этанола на паттерн активности клеток Пуркинье мозжечка крыс всех трех возрастных групп в наших опытах отмечалось увеличение частоты и укорочение длительности депрессии простых спайков, которое сопровождалось снижением частоты сложных спайков. Полученные нами данные, с одной стороны, находятся в согласии с рядом литературных данных, указывающих на возбуждающее действие этанола, оказываемое на клети Пуркинье. активируемые системой мшистых волокон (Григорьян, йсмаилов 1987; Servais et all, 2007; Cebolla et all, 2009). С другой стороны, было показано, что в больших дозах этанол оказвывает тормозное влияние на спонтанную активность клеток Пуркинье (Eidelberg et all, 1971; Chu, 1983). Одним из мест действия этанола является оливо-мозжечковая система. Было показано, что введение этанола блокирует тремор, вызванный гармалином, при этом отмечается снижение частоты спонтанных и вызванных стимуляцией сенсорной коры сложных спайков в клетках Пуркинье мозжечка (Sinclair, 1982; Harris, Sinclair, 1984; Rappaport et all, 1984). Несколько позже было уточнено, что мишенью для этанола являются метабогропные глутаматные рецепторы, расположенные постсинаптически в синапсе лазящее волокно-клетка Пуркинье (Carta et all, 2006). Таким образом, снижение мощного активирующего действия, оказываемого на клетку Пуркинье афферентными лазящими волокнами за счет введения этанола, может привести к полученному в наших опытах увеличению частоты и уменьшению длительности депрессии простых спайков.

В серии опытов, проведенной с целью изучения влияния этанола на форму сложного спайка, было установлено снижение средних значений всех исследованных параметров. Уменьшение общей длительности и числа потенциалов действия в составе сложного спайка может быть связано с установленным фактом, что этанол влияет на позднюю фазу сложного спайка, а именно уменьшается площадь, занимаемая плато деполяризации, на котором возникают малые потенциалы действия, при этом он не влияет на начальную фазу - Na+- спайк (Carta et all, 2006). В опытах на мышах, чьи матери получали этанол во время беременности, было продемонстрировано укорочение длительностей сложного спайка и депрессии простых спайков, следующей за ним (Cebolla et all, 2009).

Полученные нами данные указывают, что из всех исследованных возрастных групп животных более сильное влияние этанол оказывал на взрослых крыс. У них достоверные изменения паттерна активности и формы сложного спайка наблюдались более длительный период времени и имели больший процент изменения по сравнению с нормой. Отчасти данный эффект этанола может быть вызван тем, что при введении одинаковых доз этанола у животных с большим весом наблюдается большая концентрация этанола в крови по сравнению с

животными с меньшим весом. (Bloom et all, 1982). С другой стороны, различная чувствительность животных, находящихся на разных стадиях онтогенетического развития, вполне вероятно может определяться особенностями соотношения возбуждающих и тормозных влияний, оказываемых на клетки Пуркинье на данных стадиях онтогенеза.

Двигательная активность. Изменение паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка и формы сложного спайка у крыс разных возрастов сопровождалось изменением уровня двигательной активности животных. Повышение ее уровня у взрослых животных по сравнению с двухнедельными крысами, по всей видимости, связано с участием зрительного анализатора в двигательной активности, которое начинает проявляться с момента открытия глаз на 15-16 сутки постнаталыюй жизни, что находит свое отражение в паттерне активности клеток Пуркинье мозжечка (Григорьян и др. 2003). Другие авторы показывают, что сложные локомоторные акты, требующие точной согласованности и тонкой моторной координации, появляются у крыс только после 30 суток постнаталыюй жизни (Petrosini. et all, 1990), что соответствует времени морфологического и функционального созревания клеток Пуркинье (McKay, Turner, 2005; Олейник, Григорьян, 1998). В проведенных нами опытах у старых крыс уровень моторной активности был значительно ниже, чем у взрослых, что сопровождалось изменением паттерна активности клеток Пуркинье и формы сложного спайка. Подобная картона прослеживается и по литературным данным. При исследовании поведенческих нарушений у старых крыс в первую очередь было отмечено постепенное снижение уровня локомоцни и исследовательского поведения, тогда как нарушения координации и равновесия наблюдались в более поздний период. (Altun et all, 2007; Schulz, 2007).

Действие, как этанола, так и гармалина выражалось в снижении уровня двигательной активности крыс всех возрастов, причем в случае гармалина более сильные изменения наблюдались у крысят и старых животных, а в случае этанола - у взрослых крыс. Данные результаты совпадают с изменением паттерна активности клеток Пуркинье, когда под влиянием гармалина наиболее сильные изменения отмечались у крысят и старых животных, а в случае этанола - у взрослых крыс. Более сильное действие этанола, оказываемое на взрослых животных по сравнению с молодыми было получено и в опытах, когда исследовалось влияние этанола на координацию движений (White et all, 2002). Снижение уровня локомоторной активности под влиянием гармалина отмечается и при введении повторных доз взрослым крысам, тогда как его треморогенный эффект исчезает (Wang., Fowler, 2001).

Полученные результаты свидетельствуют о том, что, наблюдаемые в процессе созревания и последующего старения изменения электрофизиологических свойств клеток Пуркинье как у интактных животных, так и в условиях действия таких веществ как гармалин и этанол сопровождаются изменением мозжечок-зависимого поведения, в частности, уровня

моторной активности. Сходные результаты были получены в работах, выполненных и на

ранних сроках постнатального онтогенеза как зрелорождающихся (морские свинки), так и на

представителях незрелорождающихся животных (кошки, крысы) (Гриторьян. и др. 2003).

Выводы

1. Обнаруженные возрастные изменения частоты и длительности депрессии простых спайков клеток Пуркинье мозжечка у интактных крыс свидетельствуют о повышении синаптической активации системой мшистых волокон, тогда как активация системой лазящих волокон на исследованных этапах онтогенеза крыс меняется незначительно.

2. Форма сложного спайка в разряде клеток Пуркинье мозжечка у двухнедельных крысят соответствует взрослой стадии развития. В процессе старения форма сложного спайка изменяется за счет увеличения числа и частоты малых потенциалов действия в его составе, без изменения его длительности.

3. Гармалин повышает эффективность синаптической активации клеток Пуркинье системой лазящих волокон. Это сопровождается повышением частоты сложных спайков и снижением частоты и увеличением длительности депрессии простых спайков. Наряду с этим гармалин изменяет форму сложного спайка за счет увеличения его длительности, числа и частоты малых потенциалов действия в его составе. Этот эффект более четко выражен на ранней и поздней стадиях онтогенеза.

4. Этанол, наоборот, снижает эффективность синаптической активации клеток Пуркинье системой лазящих волокон. В результате этого уменьшается длительность депрессии и повышается частота простых спайков. Этанол, подавляет все параметры, характеризующие форму сложного спайка. Его токсическое действие более выражено у взрослых животных.

5. Гармалин и этанол изменяют уровень двигательной активности в большей степени тех возрастных групп животных, у которых более четко изменялся частотный спектр активности клеток Пуркинье и форма сложного спайка.

6. Изменения частотного спектра активности клеток Пуркинье и корреляты двигательной активности, обнаруженные у крысят, взрослых и старых животных, являются указанием на разный характер взаимодействия возбуждающих и тормозных процессов в коре мозжечка у животых разного возраста и могут служить базисом менее успешного выполнения моторных актов в ранний и поздний периоды онтогенеза.

Список основных публикации по теме диссертации

Статьи

1. Grigorian R., Prigarina Е., Olejnick Т., Tchaban Т. Maturation of the stato-kinetic reflexes and activity of the cerebellar Purkinje cells in Gunea Pigs,Rats and Kittens: Role of the eye opening time// Vestibular and Neural Front. Amsterdam. 1994. P. 175-79.

2. Чабан Т. В., Григорьян Р.А. Активность клеток Пуркинье мозжечка молодых и взрослых крыс в условиях гипокальциемии// Журнал эвол. биохим. и физнол. 1998. Т. 34. С. 670 -674.

3. Чабан Т.В. Изменение активности клеток Пуркинье мозжечка у паратиреоидэкгомировашшх крыс разного возраста// Труды победителей конкурса грантов 1998 года для студентов, аспирантов и молодых ученых Санкт-Петербурга, направление «Биология». Санкт-Петербург. 1998. С. 236-237.

4. Григорьян Р.А., Пригарина Э.И., Олешшк Т.Л., Карелина Т.В. Функциональная роль клеток Пуркинье мозжечка в онтогенезе позно-моторных реакций у зрело- и незрелорождающихся. млекопитающих// Журнал эвол. биохим. и физиол. 2003. Т.39. С. 559-567.

5. Григорьян Р.А., Магеррамов А.А., Пригарина Э.И., Олешшк Т.Д., Карелина Т.В. О влиянии физико-химического фактора на работу клеток Пуркинье мозжечка в поздашй периоды постнатального развития// Медико-биологические аспекты действия физических факторов. Минск. 2006. С. 223-226.

6. Карелина Т.В. Влияние гармалина на паттерн активности клеток Пуркинье мозжечка крыс в онтогенезе// Журнал эвол. биохим. и физиол. 2008. Т.44. С. 78-83.

7. Григорьян Р.А,.Пригарина Э.И., Олешшк Т.Д., Карелина Т.В. Действие гармалина на длительность сложного спайка и величину депрессии простых спайков в разряде клеток Пуркинье мозжечка в постнатальном онтогенезе зрело- и незрелорождающихся животных// Международная научная конференция «Актуальные проблемы интегративной деятельности и пластичности нервной системы». Ереван. 2009. С. 341-349.

8. Карелина Т.В., Григорьян Р.А. Влияние гармалина на форму сложного спайка н время депрессии в разряде клеток Пуркинье мозжечка в постнатальном онтогенезе крыс// Журнал эвол. биохим. и физиол. 2010. Т.46. С. 218-224.

Тезисы

1. Grigorian R.A., Tchaban T.V., E.I.Prigarina. Sensitivity of cerebellar Purkinje cells to Harmaline in young Wistar rats// 15-th European Neuroscience Associaton Meeting. Munich, 1992. P. 217.

2. Григорьян P.A., Чабан T.B., Пригарина Э.И.. Активность клеток Пуркинье мозжечка молодых и старых крыс под влиянием гармалина// 1 Съезд физиологов России. Москва, 1993.

3. Григорьян Р.А., Пригарина Э.И., Чабан Т.В., Олешшк Т.Д. Стато-кинетические рефлексы и активность клеток Пуркинье мозжечка в онтогенезе зрело- и незрелорождающихся животных// I (XI) международное совещание по эволюционной физиологии. Санкт-Петербург, 1996. С. 194.

4. Grigorian R.A., Tchaban T.V., .Kireev V.V. The cerebellar Purkinje cells activity in young and adult rats in condition of reduced blood calcium level// 11th Biennal Meeting of the International Society for Developmental Neuroscience. Tampere, Finland. Int. J. of Devel. Newscience. 1996. V. 14, Suppl. N1. P.90.

5. Grigorian R., Prigarina E., Tchaban T. Olejnick T. Stato-Kinetic reflexes and activity of cerebellar Purkinje cells in mature and immature born animals// 11th Biennal Meeting of the International Society for Develop-mental Neuroscience. Tampere, Finland Int. J. of Devel. Neurscience. 1996.V. 14. - Suppl. N1. P.90.

6. Grigorian R,, Prigarina E., Tchaban Т., Olejnick T. Sequence of events in development of posture-motor reflexes and the activity of cerebellar Purkinje cells in mature and altricial animals// Int. Symposium "Brain and movement". St-Petersburg-Moscow, 1997. P. 83.

7. Grigorian R., Prigarina E., Olejnick Т., Tchaban Т., Kireev V. Inhibitory pause in simple spikes firing of cerebellar Purkinje cells and formation of some motor reflexes in ontogenesis// Abstr of 28th Annual Meeting Society for Neuroscience. Miami, 1999. V. 25. P. 373.

8. Tchaban Т., Grigorian R.,. The duration of inhibitory pause in rat cerebellar Purkinje cells discharges under conditions of reduced blood calcium level: age related data// Abstr of 30th Annual Meeting Society forNeurocience. New Orleans, 2000. V. 26. P. 1986.

9. Grigorian R.A., Prigarina E.I., Tchaban T.V. Efficacy of activation of cerebellfr Purkinje cells by mossy and climbing fiber input and maturation of lift reaction in Gunea pigs// Abstr of 31st Annual Meeting of American Society for Neurosci. San Diego, 2001. Abstr. № 70.11.

10. Tchaban Т., Grigorian R. The firing pattern of guinea pig cerebellar Purkinje cells under reduced blood calcium concentration.// Abstr. of 31st Annual Meeting of American Society for Neuroscience. San Diego, 2001. Abstr № 516.3.

11. Grigorian R., Prigarina E., Olejnick Т., Tchaban T. Correlation between simple and complex spikes in cerebellar Purkinje cells discharge and maturation of motor reactions in guinea pigs, rats and kittens// Abstr. of ,32th Annual Meeting of American Society for Neuroscience. Orlando, 2002. Abstr №360.16.

12. Григорьян P.A., Пригарина Э.И., Олешшк Т.Л., Карелина Т.В., Киреев В.В. Соотношение частот разряда простых и сложных спайков в активности клеток Пуркинье мозжечка как показатель зрелости моторного поведения морских свинок, крыс и котят// Сб. трудов 1-го съезда физиологов СНГ. Сочи-Дагомыс, 2005. С. 36.

13. Карелина Т.В., Григорьян Р.А. Влияние гармалина на частоту простых и сложных спайков в разряде клеток Пуркинье мозжечка крыс в онтогенезе// XIII Междунар. Совещание.по эволюционной физиологии Тез. докладов. С-Петербург, 2006. С. 99.

14. Григорьян Р.А., Пригарина Э.И., Олейник Т.Л., Карслииа Т.В. Функция клеток Пуркинье мозжечка в контроле стато-кинетических рефлексов у зрело- и незрелорождаюпшхся// Труды XX Съезда Российского Физиологического Общества им. И.П. Павлова. М., 2007. С. 203.

15. Карелина Т.В., Григорьян Р.А Возрастные изменения в длительности депрессии фоновоактивных клеток Пуркинье мозжечка крыс// II съезд физиологов СНГ. Кишинев, 2008. С.63.

16. Карелина Т.В., Григорьян Р.А. Влияние гармалина на форму сложного спайка в разряде клеток Пуркинье мозжечка крыс: постнатальный онтогенез// Научное наследие академика Л.А.Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции функций, физиология экстремальных состояний. Санкт-Петербург, 2008. С. 66.

17. Карелппа Т.В. Влияние этанола на характер разряда клеток Пуркгшьс мозжечка крыс в онтогенезе// VII Всероссийская конференция с международным участием, посвященная 160-летаю со дня рождения И.П.Павлова «Механизмы функционирования висцеральных систем». Санкт-Петербург, 2009. С. 188.

18. Карелина Т.В. Изменения уровня локомошш и функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка крыс на разных стадиях онтогенеза// II Всероссийская с международным участием конференция по управлению движением. Великие Луки, 2010. С. 87.

Подписано в печать 28.04.2010 Объем 22 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 565 Отпечатано в типографии ООО «Копи-Р Групп», СПб, пер. Гривцова 1/64

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Карелина, Татьяна Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Макро- и микроскопическая структура коры мозжечка млекопитающих

1.2 Онтогенетические особенности синаптических связей в коре мозжечка.

1.3 Строение и функции мшистых и лазящих волокон, особенности контроля двигательных и постуральных реакций в онтогенезе.

1.4 Влияние гармалина и этанола на активность клеток Пуркинье мозжечка и двигательную активность животных

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА.

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

3.1. Активность клеток Пуркинье мозжечка, форма сложного спайка и двигательная активность интактных крыс разных возрастов

3.2 Влияние гармалина на разряд клеток Пуркинье мозжечка, форму сложного спайка и двигательную активность крыс разных возрастов

3.3 Влияние этанола на разряд клеток Пуркинье мозжечка, форму сложного спайка и двигательную активность крыс на разных стадиях онтогенеза

ГЛАВА 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ.

ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Возрастные особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон"

Актуальность темы исследования.

Изучение механизмов контроля, регуляции и координации движений является одной из актуальных проблем нейрофизиологии и эволюционной физиологии в частности. Мозжечок вовлечен в общий контроль движений вместе пирамидной и экстрапирамидной системами в отношении таких важных функций как плавность, точность и быстрота движений (Карамян, 1976; Разумеев, Григорьян, 1976; Толкунов, 1978). Он также участвует в механизмах предварительного программирования движений (Фанарджан, Григорьян, 1983; Ito, 1984). Влияние мозжечка на локомоторную активность животных и человека заключается в модуляции общей возбудимости мотонейронов, управляющих мышцами синергистами (Гранит, 1973; Артемьева, Козловская, 1995).

Успешное выполнение мозжечком всех его функций осуществляется благодаря постоянному поступлению обширной информации различной модальности, которая приходит в мозжечок по двум афферентным системам — системам мшистых и лазящих волокон. Ключевым элементом коры мозжечка являются клетки Пуркинье, поскольку именно здесь происходит интеграция всей поступающей афферентной импульсации, а их аксоны формируют единственный эфферентный путь, который идет от коры мозжечка к его ядрам и вестибулярным центрам продолговатого мозга (Ramon-у Cajal, 1888; Eccles et al., 1967; Андреева, Обухов, 1999).

В исследованиях, проводимых на мозжечке, широко используется гармалин. Это основано на том, что он является специфическим активатором нейронов ядер нижней оливы, аксоны которых формируют одну из афферентных систем мозжечка — систему лазящих волокон (Eccles et al., 1967; Ito 1984; Miwa, 2000). Введение гармалина животным вызывает появление тремора, имеющего сходные черты с эссенциальным тремором у людей, который, как известно, состоит из постурального и кинетического компонентов (Wilms, 1999; Elble, Deuschl, 2009). При этом показано, что в патогенезе эссенциального тремора мозжечок принимает самое непосредственное участие (Deuschl, Elble, 2000). Другим важным инструментом воздействия на афферентный вход к клеткам Пуркинье является этанол, который оказывает растормаживающий эффект на активность клеток Пуркинье мозжечка, активируемых системой мшистых волокон (Григорьян, Исмаилов, 1984). Кроме этого этанол вызывает подавление тремора, вызванного введением гармалина (Rappaport et al., 1984).

Изучение проблемы контроля и регуляции движений на разных этапах онтогенеза является особенно привлекательным, поскольку одним из путей решения задач эволюционной физиологии является онтогенетический подход (Орбели, 1961). Однако, если экспериментальный материал, выполненный на взрослых животных, довольно широко представлен в периодической литературе, то возрастной аспект физиологии клеток Пуркинье освещен крайне скудно. В раннем периоде онтогенеза у зрело- и незрелорождающихся животных показано, что имеется четкая связь между становлением паттерна электрофизиологической активности клеток Пуркинье мозжечка и морфологической зрелостью их формы, а также определены сроки и темпы созревания клеток Пуркинье в связи со становлением различных моторных рефлексов. Было установлено, что сразу после рождения зрелорождающиеся животные (морские свинки) обладают более высоким темпом созревания активности клеток Пуркинье мозжечка и формированием позно-моторных рефлексов. А если сравнивать различных представителей незрелорождающихся, в частности котят и крысят, то на начальном этапе онтогенеза более высокими темпами процесса созревания обладают котята, а позднее - крысята (Тарасова, Григорьян, 1984; Григорьян и др., 2003). При этом проявление полной функциональной зрелости совпадает с периодом, когда размеры и форма тела клетки Пуркинье становятся характерными для взрослых животных (Олейник, Григорьян, 1998).

Старение является заключительным этапом онтогенетического развития. В это время, так же как и в ранний период постнатальной жизни, наблюдаются изменения функциональной активности систем организма (Анисимов, 2003; McKay, Turner, 2005). Однако работ, посвященных изменениям в коре мозжечка, происходящим на этом этапе онтогенеза значительно меньше, чем тех, где исследуется ранний период постнатальной жизни. В основном это морфологические работы, указывающие на регрессионные изменения клеточных элементов и связей в коре мозжечка (Huang et al., 1999; Dlugos, Pentney, 1994).

Систематических данных, позволяющих сопоставить уровень двигательной активности с функциональным состоянием клеток Пуркинье мозжечка у крыс, находящихся разных стадиях онтогенеза в литературе нам не удалось обнаружить.

Сочетание электрофизиологического метода исследования особенностей активации клеток Пуркинье мозжечка системами лазящих и мшистых волокон у животных, находящихся на стадии морфо-функционального созревания клеточных элементов коры мозжечка (двухнедельные крысята), зрелой стадии развития (3-6 мес) и в процессе старения (25-36 мес) с изучением уровня двигательной активности является наиболее адекватным подходом в решении данной проблемы, который углубит наше понимание сложных механизмов контроля, координации и регуляции движений

Цель работы

Изучить особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка афферентами лазящих и мшистых волокон и ее связь с развитием моторной активности крыс линии Вистар на разных стадиях онтогенеза.

Задачи работы

3. Сравнить возрастные изменения частотного спектра клеток Пуркинье мозжечка, формы сложного спайка и длительности депрессии простых спайков с уровнем моторной активности крыс под влиянием этанола.

Научная новизна исследований

Новизна работы заключается в том, что в ней впервые дан сравнительный анализ паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка у представителя незрелорождающихся животных - крыс линии Вистар на разных стадиях постнатального периода развития, отражающих незрелый уровень развития клеточных элементов и синаптических связей в коре мозжечка, взрослую стадию и старческие изменения.

В работе впервые продемонстрирована различная чувствительность клеток Пуркинье мозжечка животных, находящихся на разных стадиях онтогенетического развития к введению этанола и гармалина.

В работе впервые установлено, что форма сложного спайка в разряде клеток Пуркинье мозжечка двухнедельных крыс соответствует взрослой стадии развития, а к старости наблюдаются ее инволюционные изменения. Кроме того, впервые показано, что изменения формы сложного спайка под влиянием гармалина и этанола коррелируют с изменением длительности депрессии простых спайков.

Наконец, новым в работе является сопоставление полученных изменений паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка и формы сложного спайка с уровнем развития двигательной активности животных в соответствующих возрастных группах у интактных животных и под влиянием гармалина и этанола.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. В процессе созревания и старения у представителей незрелорождающихся животных - крыс линии Вистар наблюдаются изменения частотного спектра активности клеток Пуркинье мозжечка, которые сопровождаются изменением уровня моторной активности как интактных животных, так и в условиях действия гармалина и этанола.

Научно - практическое значение работы.

В работе проведен анализ функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка, активируемых афферентными системами лазящих и мшистых волокон, у крыс с разной степенью зрелости коры мозжечка. Полученные данные расширяют теоретические представления о развитии механизмов управления двигательной активностью животных в процессе онтогенеза.

Экспериментальные данные, полученные в работе, могут быть использованы в качестве теоретического обоснования для объяснения механизмов возникновения и развития эссенциального тремора у людей, а также внести вклад в понимание механизмов нарушения позы и походки в начальных стадиях алкогольной интоксикации.

Кроме того, полученные результаты могут использоваться в курсах лекций по физиологии центральной нервной системы для студентов биологических факультетов высших учебных заведений и медицинских педиатрических академий и университетов. Материалы диссертации могут также войти в руководства по общей физиологии ЦНС.

Апробация работы

Материалы диссертационной работы докладывались на международном симпозиуме, посвященном позе и походке (Япония,

Матсумото, 1994); на заседании лаборатории физиологии движений Рокфелеровского университета США (1996); на семинаре лаборатории физиологии ЦНС неврологического института Р.С.Дау (США, Портленд, 1996); на XXXIII международном Конгрессе физиологических наук (С-Петербург, 1997); на ежегодных собраниях Американского общества нейронаук: 30th Annual Meeting of American for Neurocsience (New Orleans, 2000), 31th Annual Meeting of American for Neurocsience (San Diego, 2001), 32th Annual Meeting of American for Neurocsience (Orlando, 2002); на заседания Санкт-Петербургского общества физиологов в 2000 и 2001 годах, на Совещаниях и школах по эволюционной физиологии (1996, 2001, 2006); на конференции «Научное наследие академика JI. А.Орбели. Структурные и функциональные основы эволюции функций, физиологии экстремальных состояний» (2008); на VII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной 160-летию со дня рождения И.П.Павлова «Механизмы функционирования висцеральных систем» (2009); на III Всероссийской с международным участием конференции по управлению движением (2010).

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 26 печатных работ, из них 8 статей, 4 из которых — в реферируемом журнале и 18 тезисов.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методики и объектов исследования, изложения

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Карелина, Татьяна Викторовна

выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Из обзора литературы видно, что большинство работ, посвященных физиологии основного элемента коры мозжечка -клеток Пуркинье - выполнено на взрослых животных. Однако одним из путей решения задач эволюционной физиологии является онтогенетический подход. Старение, являясь заключительным этапом онтогенетического развития, так же как и ранний период постнатальной жизни, включает изменения функциональной активности всех систем организма. Между тем работ, в которых изучался бы этот период онтогенеза значительно меньше, тех, где исследуется начальный этап постнатального развития. Функциональное состояние нервной клетки может быть отражено в паттерне ее разряда. У клеток Пуркинье мозжечка паттерн разряда формируется простыми и сложными спайками, а также депрессией простых спайков после сложного разряда. Известно, что частота сложных спайков в активности клеток Пуркинье не столь велика, поэтому вполне можно представить, что именно форма сложного спайка наряду с частотой и длительностью депрессии простых спайков вносит свой вклад в характеристику функционального состояния данной клетки. Систематических данных, позволяющих сопоставить уровень двигательной активности с функциональным состоянием клеток Пуркинье мозжечка у крыс, находящихся на разных стадиях онтогенеза в литературе нам не удалось обнаружить.

Данное исследование имело своей целью сравнить изменения активности клеток Пуркинье мозжечка и формы сложного спайка у крыс, находящихся на разных стадиях онтогенеза и сопоставить их с уровнем двигательной активности животных тех же возрастов.

ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА

Работа выполнена на 197 крысах-самцах линии Вистар. Все экспериментальные животные были разделены на три возрастные группы. В первую группу входили двухнедельные крысята (13-14 суток), во вторую группу - взрослые животные (3-6 месяцев) и в третью группу - старые животные (25-36 мес.).

Анестезия и хирургические процедуры. Крыс наркотизировали уретаном, который вводился внутрибрюшинно. Доза наркоза подбиралась опытным путем и зависела от возраста животного. Крысятам уретан вводился из расчета 1400 мг/кг, взрослым животным - 1200 мг/кг, старым крысам — 1000 мг/кг. Выбор уретана в качестве наркотического вещества был обусловлен тем, что это вещество дает достаточно длительный наркоз, не угнетает функцию дыхания и обычно не требует дополнительного введения, что было необходимо для проведения длительной регистрации активности клеток Пуркинье. У старых животных при введении наркоза наблюдалась обильная секреция слизи в дыхательных путях. Чтобы уменьшить этот процесс данной группе животных за 5 минут до ведения уретана вводили 0,1% раствор атропина из расчета 0,6 мл/кг внутримышечно. С целью уменьшения пульсации поверхности мозжечка во время дыхания проводили трахеотомию. Для этого на передней поверхности шеи делали небольшой продольный разрез, раздвигали мышцы и обнажали трахею. На трахее делали Т-образный разрез и через получившееся отверстие вводили трахеотомическую трубку, которую закрепляли в трахее с помощью лигатуры. Для более надежной фиксации трахеотомической трубки края раны сшивали одним-двумя швами. Трубки вытягивали над пламенем горелки из фторопластовых полых стержней диаметром 0,8 см до нужного размера, который зависел от возраста животного. Для обеспечения доступа к поверхности мозжечка иссекался лоскут кожи в области затылочного бугра, затем тупым способом отодвигались мышцы черепа таким образом, чтобы обнажилась поверхность черепа, находящаяся ниже лямбдовидного шва. На затылочной кости черепа, на 1-2 мм ниже точки лямбда по парасагиттальной линии, отстоящий на 2-3 мм от среднесагиттальной линии, с помощью бормашины делали трепанационное отверстие диаметром 1-2 мм. Полученное трепанационное отверстие находилось над HV-HVI дольками червя мозжечка по классификации Ларселла (Larsell, 1934). Для предотвращения высыхания обнажившейся поверхности мозжечка трепанационное отверстие на период переноса и закрепления животного в стереотаксическом приборе закрывали ватным тампоном, обильно смоченным теплым физиологическим раствором. После проведения операции взрослые и старые животное закреплялись в стандартном стереотаксическом аппарате, где голова жестко фиксировалась с помощью ушных держателей. Крысята закреплялись в специальном аппарате оригинальной конструкции, в котором фиксация головы осуществлялась с помощью лейкопластыря и специальных ушных держателей, концы которых были снабжены шайбами, предохраняющими мягкие в этом возрасте кости черепа от повреждения. В течение всего времени проведения операционных процедур, а также во время опыта животные находились на термостатическом столике, где поддерживалась постоянная температура 38°С. После4 фиксации животного в стереотаксическом приборе и перед погружением микроэлектрода удаляли ватный тампон из трепанационного отверстия и тонким, заточенным крючком удаляли твердую мозговую оболочку. После того как микроэлектрод касался поверхности мозжечка, отверстие в затылочной кости черепа заливалось 6% раствором агар-агара для предотвращения пульсации, связанной с дыхательной и сердечной деятельностью, а также, чтобы избежать подсыхания коры мозжечка.

Метод регистрации и идентификации клеток Пуркинье. Отведение активности клеток Пуркинье осуществляли внеклеточно. Регистрация проводилась стеклянными микроэлектродами, заполненными 2,5М раствором хлористого натрия с сопротивлением кончика от 2 до 10 мОм. Индифферентный электрод вкалывался в черепную кость. Улавливаемый кончиком микроэлектрода сигнал через предусилитель поступал к усилителю нейронной активности. Усиленный сигнал подавался на экран осциллографа для визуального контроля. В первой серии экспериментов, связанных с оценкой влияния гармалина на паттерн активности клеток Пуркинье мозжечка, сигнал от усилителя подавался также на магнитофон. Записи на магнитной ленте через преобразователь импульсов вводились в электронно-вычислительную машину «Электроника ДЗ-28» с целью получения цифровых характеристик импульсной активности клеток Пуркинье. В других сериях экспериментов, связанных с оценкой формы сложного спайка и влияния этанола на характер разряда клеток Пуркинье, сигнал от усилителя нейронной активности подавался на аналогово-цифровую плату L-791, где аналоговый сигнал оцифровывался с частотой дискретизации 10 КГц. Угол погружения микроэлектрода с помощью микроманипулятора устанавливался, примерно, 45° по отношению к горизонтальной плоскости. Это было обусловлен тем, что именно такой угол наклона обеспечивал пересечение большинства слоев клеток Пуркинье под углом 90°. Погружение регистрирующего микроэлектрода вглубь коры мозжечка с целью поиска активных клеток производили с помощью толчков микропогружателя. Шаг погружения составлял 5 мкм. Глубина погружения кончика микроэлектрода отражалась в окошке микропогружателя. В ходе записи активности клеток Пуркинье добивались отведения от одной клетки. Для этого периодически осуществляли небольшие погружения и подъемы кончика микроэлектрода относительно регистрируемой клетки. Идентификация клеток Пуркинье осуществлялась по одновременному наличию простых и сложных спайков в разряде регистрируемой клетки, отражающих синаптическую активацию клеток Пуркинье системами мшистых и лазящих волокон соответственно, а также по наличию депрессии простых спайков после сложного разряда. После 10-ти минутной регистрации фоновой активности проводилось медленное внутрибрюшинное введение гармалина (фирма Sigma) из расчета 15 мг/кг массы тела или этанола в дозе 2г/кг массы тела в виде 30% раствора во всех возрастных группах и продолжалась регистрация активности той же клетки Пуркинье в течение 60 мин.

Оценка двигательной активности осуществлялась по числу квадратов, пересеченных животным всеми четырьмя лапами в «открытом поле», которое для взрослых животных представляло собой коробку размером 1м х 1м с высотой бортиков 20 см. Дно коробки было расчерчено на 25 квадратов размером 20 х '20см. Для крысят размер коробки был равен 50 х 50 см с высотой бортиков 10 см. Дно коробки также было расчерчено на 25 квадратов, размер которых в данном случае составлял 10x10 см. Крыса помещалась в центральный квадрат и находилась в открытом поле в течение 5 мин.

Обработка данных. В ходе обработки данных, связанных с характеристикой импульсной активности клеток Пуркинье, для каждой клетки подсчитывали среднюю частоту простых и сложных спайков, а также длительность депрессии простых спайков, возникающую вслед за сложным спайком после активации клеток Пуркинье афферентной системой лазящих волокон. Средние значения вышеперечисленных показателей вычисляли раздельно за одни и те же временные промежутки, которые составляли от 30 секунд до одной минуты. Используя эти параметры, оценивали фоновую активность клеток Пуркинье мозжечка у интактных животных разных возрастных групп, а также в условиях действия гармалина и этанола.

В серии экспериментов, посвященных изучению формы сложного спайка оцифрованный сигнал анализировался в программе «Bioactivity Recorder v. 5.3» (Сибаров, 2007). С помощью данной программы для каждого отдельно взятого сложного спайка вычислялись его длительность, частота и число составляющих его импульсов, а также среднее значение вышеперечисленных показателей для каждой конкретной записи.

В ходе окончательной статистической обработки с помощью программы MS Excel 2002 высчитывалось среднее значение и статистическая ошибка среднего для частоты простых и сложных спайков, длительности депрессии простых спайков, длительности сложного спайка, числа и частоты потенциалов действия в его составе, а также уровня двигательной активности в пределах каждой возрастной группы интактных животных и в условиях действия гармалина и этанола. Для проверки достоверности различий средних значений использовали парный и двухвыборочный критерии Стьюдента. Различия считались достоверными при р<0,05. (Ивантер, Коросов, 1992).

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Перед описанием результатов, полученных в ходе проведенного исследования, следует повторить, что вся афферентная импульсация, поступающая в кору мозжечка по системам мшистых и лазящих волокон, конвергирует на клетках Пуркинье. Электрофизиологическим выражением активации клеток Пуркинье системой мшистых волокон является простой спайк, а системой лазящих волокон - сложный спайк. В большинстве случаев после возникновения сложного спайка наблюдается депрессия простых спайков.

При описании функционального состояния клеток Пуркинье мозжечка нами учитывались такие показатели как частота простых и сложных спайков, а также длительность депрессии простых спайков, которые и формировали паттерн активности клеток Пуркинье. Для описания формы сложного спайка измерялись общая длительность сложного спайка, число и частота импульсов, входящих в его состав.

3.1 АКТИВНОСТЬ КЛЕТОК ПУРКИНЬЕ МОЗЖЕЧКА, ФОРМА СЛОЖНОГО СПАЙКА И ДВИГАТЕЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ИНТАКТНЫХ КРЫС РАЗНЫХ ВОЗРАСТОВ.

Проведенное сравнение паттерна активности клеток Пуркинье мозжечка на раннем, среднем и позднем сроках постнатального онтогенеза у интактных крыс (рис.2) выявило существенные различия в частоте, а также длительности депрессии простых имп/с; мс 3

Крысята Взрослые

Старые

Рис.2. Возрастные изменения частоты простых и сложных спайков, длительности депрессии простых спайков в разряде клеток Пуркинье мозжечка интактных крыс.

Сверху приведены фрагменты осциллограмм. А - крысята, Б -взрослые, В- старые. Точкой отмечены сложные спайки.

Г - средние значения показателей активности клеток Пуркинье. По оси абсцисс - названия показателей, по оси ординат - частоты простых и сложных спайков (имп/с) и длительность депрессии простых спайков (мс). ПС - простые спайки, СС - сложные спайки, ДПС - депрессия простых спайков. спайков во всех трех возрастных группах животных. Было показано, что частота простых спайков с возрастом увеличивалась. Наибольшее значение этого показателя наблюдалось у старых крыс и в среднем было равно 36,4±3,1 имп/с, что на 54% выше, чем у взрослых животных. У последних средняя величина данного показателя составляла 23,7±2,8 имп/с. Самая низкая частота простых спайков в разряде клеток Пуркинье была зарегистрирована в младшей возрастной группе и была равна 8,8±1,5 имп/с. Данное значение было на 63% ниже аналогичного у взрослых крыс. Длительность депрессии простых спайков, возникающей после сложного спайка, с возрастом, наоборот, уменьшалась и была наибольшей у крысят, а наименьшей у старых крыс. Среднее значение данного показателя у крысят, взрослых и старых животных было равно 398,7±73,2 мс, 147,9±44,5 мс и 73,3±19,7 мс соответственно. Что касается частоты сложных спайков, то следует отметить, что у животных разных возрастных групп она мало отличалась. У крысят средняя величина данного показателя составляла 0,5±0,1 имп/с, у взрослых животных - 0,4±0,1 имп/с и у старых крыс - 0,5±0,1 имп/с.

В результате анализа формы сложного спайка у интактных крыс, находящихся на разных стадиях постнатального онтогенеза обнаружено, что возрастные изменения наблюдаются в двух из трех исследуемых показателей (рис 3). Было установлено достоверное увеличение частоты и количества импульсов, входящих в состав сложного спайка. При этом следует отметить, что наиболее сильным изменениям эти показатели подвергаются в ходе старения, т.к. именно при сравнении старых животных с взрослыми и крысятами установлены достоверные отличия, а обнаруженные отличия исследуемых показателей между возрастными группами двухнедельных

500 мкВ

ШШ. МО $

6 5 4 3 2 О vvw» L

5 мс

Крысята пмпс 700

Взрослые

Старые

Рис.3. Изменение трех показателей, характеризующих форму сложного спайка на разных сроках постнатального онтогенеза в норме.

По оси абсцисс - возраст животных; по оси ординат: слева - число импульсов, входящих в состав сложного спайка (отмечено желтыми столбиками); длительность сложного спайка (мс) - отмечено зелеными столбиками, справа - частота импульсов (отмечено красной линией), входящих в состав сложного спайка (имп/с).

По оси ординат - возрастные группы животных

Звездочкой отмечены достоверные отличия от крысят и взрослых животных (р<0,05) и взрослых животных оказались не достоверными. Так частота импульсов у двухнедельных крысят составляла 456,7±35,0 имп/с. У старых животных величина этого показателя возрастала до 601,8±43,1 имп/с. Количество импульсов у двухнедельных было равно 3,56±0,14, а у старых их число увеличивалось до 4,63±0,36. у взрослых животных эти показатели были равны соответственно 461,4±18,9 имп/с и 3,59±0,25 импульсов. Длительность сложного спайка оказалась достаточно стабильной величиной на всех исследованных этапах постнатальной жизни. Она оставалась практически неизменной во всех трех возрастных группах и была равна 6,2±0,4 мс у крысят, 6,4±0,7 мс у взрослых животных и 6,7±0,4 мс у старых крыс.

Данные результаты были получены в серии экспериментов, где после регистрации исходной активности клеток Пуркинье, использовали усиленную активацию тех же самых клеток системой лазящих волокон за счет введения специфического активатора источника лазящих волокон (нижней оливы) - гармалина. В следующей серии экспериментов с применением этанола, были получены сходные изменения исследованных показателей активности клеток Пуркинье и формы сложного спайка на исследованных стадиях постнатального онтогенеза. В данной серии экспериментов также наблюдалось увеличение частоты простых спайков в разряде клеток Пуркинье и увеличение частоты и количества импульсов, входящих в состав сложного спайка, снижение длительности депрессии простых спайков после возникновения сложного. При этом частота и длительность сложного спайка оставались без изменения в ходе постнатального развития. Численные данные, полученные в данной серии экспериментов, приведены в табл. 2.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Карелина, Татьяна Викторовна, Санкт-Петербург

1. Андреева Н.Г., Обухов Д.К. Эволюционная морфология нервной системы позвоночных. С-Петербург. 1999.

2. Анисимов В.Н. Молекулярные и физиологические механизмы старения. С-Петербург. 2003.

3. Артемьева Е.Н., Козловская И.Б. Анализ нарушений мозжечковых и пирамидных влияний на мотонейронные пулы мышц-антагонистов * у человека// Мозжечок и структуры ствола мозга. 1995. С. 328 337.

4. Аршавский Ю.Н. Организация афферентных связей коры мозжечка// Успехи физиологических наук. 1972. Т.З. С. 24 -53.5. . Аршавский Ю.И., Гельфанд И.М., Орловский Г.Н. Мозжечоки управление ритмическими движениями. М. 1984.

5. Баев К.В., Шиманский Ю.П. Новая концепция роли мозжечка в оперативном управлении движениями и формировании двигательных автоматизмов// Нейрофизиология. 1990. Т.22. №3. С. 415 421.

6. Веселкин Н.П., Ковачевич Н. Зрительные проекции в конечном мозгу и мозжечке костистых рыб// Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1969. Т.5. С. 416 -418.

7. Васильева О.Н., Багинскас А. Двигательное обучение при минимальном участии зрительной афферентации// Журнал высшей нервной деятельности. 2003. Т.53. №6. С. 681 696.

8. Гранит Р. Основы регуляции движений. М. 1973.

9. Григорьян Р.А. Эволюция афферентного входа в мозжечок: онто- и филогенетический аспект// Успехи физиол. наук. 1972. Т.З. №4. С. 45 72.

10. Григоряьн Р.А., Исмаилов Т.М. Растормаживающее действие этанола на активность клеток Пуркинье мозжечка кошек// ДАН. 1984. Т.275. №1. С. 227 230.

11. Григоряьн Р.А., Исмаилов Т.М. Кумулятивное действие алкоголя (этанола) на активность клеток Пуркинье мозжечка кошек// Нейрофизиология. 1987. Т. 19. №1. С.74 80.

12. Григорьян Р. А., Тарасова Э.И. Созревание активности клеток Пуркинье мозжечка морских свинок в онтогенезе// Нейронные механизмы интегративной деятельности мозжечка. Ереван, 1979. С. 66 72.

13. Григорьян Р.А., Тарасова Э.И. К вопросу об онтогенетическом созревании клеток Пуркинье мозжечка// Развитие научного наследия акад. Л.А.Орбели. JI. 1982. С.21-31.

14. Григорьян Р.А., Пригарина Э.И., Олейник Т.Л., Карелина Т.В. Функциональная роль клеток Пуркинье мозжечка в онтогенезе позно-моторных реакций у зрело- и незрелорождающихся млекопитающих// Журнал эвол. биохим. и физиол. 2003. Т.39. С. 559 567.

15. Дмитриева Н.И. О периодах развития структур головного мозга в онтогенезе крысы// Журнал эволюционной биохимии и физиологии. 1981. Т.17. № 3. С. 287 292.

16. Дубровская Н.М. Развитие двигательного поведения в онтогенезе крыс, перенесших гипоксию на разных этапах эмбриогенеза// Автореферат кандидатской диссертации. 2007. 24 с.

17. Ивантер Э.В., Коросов А.В. Основы биометрии. Введение в статистический анализ биологических явлений и процессов. Петрозаводск. 1992.

18. Карамян А.И. Функциональная и морфологическая эволюция мозжечка. В кн. Электрофизиологические исследования центральной нервной системы позвоночных. Л. 1970. С. 93 -94.

19. Карамян А.И. Эволюция конечного мозга позвоночных. Л. 1976.

20. Калиниченко С.Г., Охотин В.Е. Униполярные кисточковые клетки новый тип возбуждающих интернейронов коры мозжечка и улитковых ядер мозгового ствола// Морфология. 2003. Т. 124. № 6. С. 7 - 21.

21. Калиниченко С.Г., Мотавкин П.А. Кора мозжечка. М. 2005.

22. Калашникова JI.А. Роль мозжечка в организации высших психических функций// Журнал неврологии и психиатрии. 2001. №4. С. 55 60.

23. Лапицкий В.П. Головные ганглии и двигательная активность насекомых. Л., 1990.

24. Луканидина В.Е. Влияние этанола на тормозную паузу в разряде клеток Пуркинье мозжечка крыс// Физиологический журнал СССР. 1989. Т.19. №1. С. 255 260.

25. Мелик-Мусян А.Б., Фанарджан В.В. Морфологические особенности клеток Лугаро коры мозжечка // Морфология. 2003. Т. 123. № 2. С. 42 47.

26. Олейник Т.Л., Григорьян Р.А. Морфометрическое изучение развития клеток Пуркинье мозжечка в постнатальном онтогенезе крыс// Журнал эволюционной биохимии и физиологии 1998. Т. 34, № 4, С. 480 484.

27. Орбели Л.А. Новые представления о функциях мозжечка. Избр. тр. М.- Л.: АН СССР, 1962, Т. 2. С. 213 226.

28. Орбели Л.А. Основные задачи и методы эволюционной физиологии// Избр. тр. М.-Л. 1961, Т.1. С. 59 68.

29. Разумеев А.Н., Григорьян Р.А. Мозжечок и гравитация. М. 1976.

30. Свидерский В.Л., Плотникова С.И. Насекомые и позвоночные: аналогичные структуры в высших интегративных центрах головного мозга// Ж. эвол. физиол. и биохим. 2002. Т.38. С. 492 501.

31. Северин Ф.Ф., Скулачев В.П. Запргромированная клеточная смерть как мишень борьбы со старением организма// Успехи геронтологии. 2009. Т. 22. № 1. С. 37 48.

32. Свенсон П. Мозжечковые пути и механизмы классического условного рефлекса (пер с англ. Р.А.Григорьяна). С-Петербург. 2005.

33. Сибаров Д.А. Простой алгоритм идентификации нейронов при внеклеточном микроэлектродном отведении// Тез. XX съезда физиологического общества им. И.М.Павлова. М. 2007.С 87.

34. Стратустеги Д., Богонез Е., Виторика Ж., Бланко П., Мартинез-Серано А. Изменения в синаптосомах мозга крыс и их возможное участие в патофозиологии старения// Физиологический журнал. 1990. Т.36. № 5. С. 42 50.

35. Сытинский И.А. Биохимические основы действия этанола на центральную нервную систему. М. 1980.

36. Тарасова Э.И., Григорьян Р.А. Некоторые электрофизиологические показатели созревания клеток Пуркинье мозжечка в онтогенезе// Современные представления о функциях мозжечка. Ереван. 1984. С. 65-76.

37. Толкунов Б.Ф. Стриатум и сенсорная специфичность нейронной сети. JI. 1978.

38. Фанарджан В.В., Казарян JI.JI. О локальной и диффузной проекции афферентных систем в кору мозжечка// Физиол. Журнал СССР. 1970. Т. 56. С. 1523 1530.

39. Фанарджан В.В., Григорьян Р.А. Интегративные механизмы мозжечка// Руководство по физиологии. Частная физиология нервной системы. JI. 1983. С. 112 1 70.

40. Alvarez-Vicente M.I., Llorens-Martin М., Lacruz-Pelea С., Toledano-Gasca A. A new cerebellar neuron: the brush or monopolar cell. Characteristic and possible function// Rev. Neurol. 2004. V. 38. N 4. P. 339 346.

41. Altman J. Postnatal development of the cerebellar cortex in the rat. I. The external germinal layer and the transitional molecular layer// J. Сотр. Neurol. 1972 a. V. 145. N. 3. P. 353 397.

42. Altman J. Postnatal development of the cerebellar cortex in the rat. II. Phases in the maturation of Purkinje cells and of the molecular layer// J. Сотр. Neurol. 1972 b. V. 145. N. 4. P. 399 -463.

43. Altman J. Postnatal development of the cerebellar cortex in the rat. III. Maturation of the components of the granular layer// J. Сотр. Neurol. 1972 с V. 145. N. 4. P. 465 513.

44. Altman J., Sudarshan K. Postnatal development of locomotion in the laboratory rat// Anim. Behav. 1975. V. 23. N. 4. P. 896 -920.

45. Altun M., Bergman E., Edstrom E., Johnson H., Ulfhake B. Behavioral impairments of the aging rat// Physiol. Behav. 2007. V. 92. N. 5. P. 91 1-923.

46. Andersen B.B., Gundersen H.J., Pakkenberg B. Aging of the human cerebellum: a stereological study// J. Сотр. Neurol. 2003. V. 466. N 3. P. 356 365.

47. Andjus P.R., Zhu L., Cesa R., Carulli D., Strata P.A. change in the pattern of activity affects the developmental regression of the Purkinje cell polyinnervation by climbing fibers in the rat cerebellum//Neuroscience. 2003. V. 121. N. 3. P. 563 572.

48. Arias C., Mlewski E.C., Molina J.C., Spear N.E. Ethanol induces locomotor activating effects in preweanling Sprague-Dawley rats// Alcohol. 2009. V. 43. N. 1. P. 13-23.

49. Armstrong D.M., Rawson J.A. Activity patterns of cerebellar cortical neurones and climbing fibre afferents in the awake cat// J. Physiol. 1979. V. 289. P. 425 448.

50. Armstrong D.M., Edgley S.A. Discharges of interpositus and Purkinje cells of the cat cerebellum during locomotion under different conditions// J Physiology (bond). 1988. V. 400. P. 423- 445.

51. Arshaduddin M., Kadasah A.S., Biary N., Deeb A. S., Moutaery A.K., Tariq M Citalopram, a selective serotonin reuptake inhibitor augments harmaline-induced tremor in rats// Behav. Brain Res. 2004. V. 153. N. 1. P. 15 20.

52. Arshaduddin M., Kadasah S., Deeb A.S, Moutaery A. K, Tariq M. Exacerbation of harmaline-induced tremor by imipramine// Pharmacol. Biochem. Behav. 2005. V. 81. N. 1. P. 9 14.

53. Ackermann H. Cerebellar contributions to speech production and speech perception: psycholinguistic and neurobiological perspectives// Trends Neurosci. 2008. V. 6. P. 265 272.

54. Batini C., Buisseret-Delmas C., Conrath-Verrier M. Harmaline-induced tremor. I. Regional metabolic activity as revealed by 14C.2-deoxyglucose in cat.// Exp. Brain Res. 1981. V. 42. N. 3- 4. P.371 382.

55. Bakalian A., Corman В., Delhaye-Bouchaud N., Mariani J. Quantitative analysis of the Purkinje cell population duringextreme ageing in the cerebellum of the Wistar/Louvain rat// Neurobiol. Aging. 1991. V. 12. N. 5. P. 425 430.

56. Bardin J.M., Batini C., Billard J.M., Buisseret-Delmas C., Conrath-Verrier M., Corvaja N. Cerebellar output regulation by the climbing and mossy fibers with and without the inferior olive// J. Сотр. Neurol. 1983. Y. 213. N. 4. P. 464 477.

57. Barmack N.H. Central vestibular system: vestibular nuclei and posterior cerebellum.// Brain Res. Bull. 2003. V. 60. N. 5 6. P. 511 - 541.

58. Barmack N., Yakhnitsa V. Functions of interneurons in mouse cerebellum// The Journal of Neuroscience. V. 28. P. 1140 -1152.

59. Belmequenai A., Botta P., Weber J.Т., Carta M., De Ruitter M., De Zeeuew C.I., Valenzuela C.F., Hansel C. Alchohol impairs long-term depression at the cerebellar parallel fober-Purkinje cell synapse// J. Neurophysiol. 2008. V. 100. P. 3167 3174.

60. Bloedel J.R., Gregory R.S., Martin S.H. Action of interneurons and axon collaterals in cerebellar cortex of a primate// J. Neurophysiol. 1972. V. 35. N. 6. P. 847 863.

61. Bloom F., Lad P., Pittman Q., Rogers J. Blood alcohol levels in rats: non-uniform yields from intraperitoneal doses based on body weight// Br J Pharmacol. 1982. V. 75. N. 1. P. 251 254.

62. Bishop G.A., Chen Y.F., Burry R.W., King J.S. An analysis of GABAergic afferents to basket cell bodies in the cat's cerebellum// Brain Res. 1993. V. 623. P. 293 298.

63. Bobbe S., Mariette E., Tremblay-Leveau H., Caston J. Efects of early midline cerebellar lesion on cognitive and emotional functions in the rat// Behav. Brain. Res. 2000. V. 112. N. 1-2. P. 107 117.

64. Bonnefoi-Kyriacou В., Trouche E., Legallet E., Viallet F. Planning and execution of pointing movements in cerebellar patients// Mov. Disord. 1995. V. 10. N. 2. P.171 178.

65. Braak E., Braak H. The new monodendritic neuronal type within the adult human cerebellar granular cell layer shows calretinin-immunoreactivity// Neurosci. Lett. 1993. V. 154. P. 199 202.

66. Brand S., Dahl A.L., Mugnaini E. The length of parallel fibers in the cat cerebellar cortex. An experimental light and electron microscopic study// Exp. Brain Res. 1976. V. 26. P.39 58.

67. Brodal P. The cerebellum// The Central Nervous System, Structure and Function. New York, 1992. P.262 282.

68. Campbell В., Hesslow G. The secondary spikes of climbing fibre responses recorded from purkinje cell somata in cat cerebellum// J. Physiology. 1986. V. 377. P. 207 224.

69. Carta M., Mameli M., Valenzuela C.F. Alcohol potrnyly modulates climbing fiber —■» Purkinje neuron Synapses: role of metabotropic glutamate receptors// The J. of Neurocsience. 2006. V. 26. N 7. P. 1906 1912.

70. Carta M., Mameli M., Valenzuela C.F. Alcohol enhances GABAergic transmission to cerebellar granule cells via an increase in Golgi cell excitability// J. Neurosci. 2004. V. 24. N. 15. P.3746 3751.

71. Castejon O. J., Sims P. Three-dimensional morphology of cerebellar climbing fibers. A study by means of confocal laser scanning microscopy and scanning electron microscopy// Scanning. 2000. V. 22. P. 211 217.

72. Catz N., Dicke P.W., Their P. Cerebellar complex spike firing is sutable to induce as well as to stabilize motor learning.// Curr. Biol. 2005. V. 15. P. 2179 2189.

73. Cebolla A.M., Cheron G., Hourez R., Bearzatto В., Dan В., Servais L. Effects of maternal acohol consumtion during breastfeeding on motor and cerebellar Purkinje cells brhavior in mice// Neurosci. Lett. 2009. V. 455. N. 1. P. 4 7.

74. Cerminara N.L., Rawson J.A. Evidence that climbing fibers control an intrinsic spike generator in cerebellar Purkinje cells// J. Neurosci. 2004. V. 24. P. 4510 4517.

75. Cerminara N.L., Edge A.L., Marple-Horvat D.E., Apps R. The lateral cerebellum and visuomotor control// Prog. Brain. Res. 2005. V. 148. P. 213 226.

76. Correa M., Arizzi M.N., Betz A., Mingote S., Salamone J.D. Locomotor stimulant effects of intraventricular injections of low doses of ethanol in rats: acute and repeated administration// Psychopharmacology (Berl). 2003. V. 170. N. 4. P. 368 375.

77. Crepel F. Maturation of the cerebellar Purkinje cells. I. Postnatal evolution of the Purkinje cell spontaneous firing in the rat// Exp. Brain Res. 1972. V. 14. P. 463 471.

78. Chu N. S. Effects of ethanol on rat cerebellar Purkinje cells// Int. J. Neurosci. 1983. V. 21. N. 3-4. P. 265 277.

79. Chung Y.H., Shin C.M., Kim M.J, Lee B.K., Cha C.I. Age-related changes in the distribution of Kvl.l and Kvl.2 channel subunits in the rat cerebellum// Brain Res. 2001 a. V. 897. P 193-198.

80. Chung Y.H., Shin C.M., Kim M.J, Shin D.H., Yoo Y.B., Cha C.I. Differential alteration of voltage-gated calcium channels in aged rat cerebellum// Brain Res. 2001 b. V. 903. P 247 252.

81. Chung Y.H., Joo K.M., Kim M.J., Cha C.I. Age-related changes in the distribution of Na(v) 1.1 and Na(v)1.2 in rat cerebellum// Neuroreport. 2003. V 14. N. 6. P 81 85.

82. Demer J.L., Echelman D.A., Robinson D.A. Effects of electrical stimulation and reversible lesions of the olivocerebellar pathway on Purkinje cell activity in the flocculus of the cat// Brain Res. 1985. V. 346. P. 22 31.

83. Deuschl G., Elble R.J. The pathophysiology of essential tremor// Neurology. 2000. V. 54. S14 S20.

84. Dino M.R., Schuerger R.J., Liu Y., Slater N.T., Mugnaini E. Unipilar brush cell: a potential feedforward exitatory interneuron of the cerebellum// Neurocsience. 2000. V. 98. P. 625 636.

85. Dieudonne S. Serotonergic neuromodulation in the cerebellar cortex: cellular, synaptic, and molecular basis// 2001. V. 7. P. 207 219.

86. Dlugos C.A., Pentney R.J., Morphometric analyses of Purkinje and granule cells in aging F344 rats// Neurobiol. Aging. 1994. V. 15. N. 4. P.435 440.

87. Eccles J.C., Llinas R., Sasaki K. The excitatory synaptic action of climbing fibers on the Purkinje cells of the cerebellum// J. Physioljgy. 1966. V 182. N. 2. P. 268 296.

88. Eccles J.C., Ito M., Szentagothai J. The cerebellum as a neuronal machine//New York. Heidelberg. 1967.

89. Eccles J.C. The development of the cerebellum of vertebrates in relation to the control of movement// Naturwissenschaften. 1969. V. 56. N. 11. P. 525 534.

90. Edgerton J. R., Reinhart P.H. Distinct contributios of small and large conductance Ca2+ aktivated K+ channels to rat Purkinje neuron function// J. of Physiology. 2003. V 548. P. 53 69.

91. Edgley S.A., Drew Т., Apps R. Changes in Exitability of ascending and descending inputs to cerebellar climbing fibers during locomotion// The J. of Neuroscience. 2004. V. 24. N. 11. P. 2656 2666.

92. Eidelberg E., Bond M.L., Kelter A. Effects of alcohol on cerebellar and vestibular neurones// Arch. Int. Pharmacodyn. Ther. 1971. V. 192. N. 2. P. 213 219.

93. Ekerot C.,Oscarson O. Prolonged depolarization elicited in Purkinje cell dendrites by climbing fibre impulses in the cat// J. Physiol. V. 318. P.207 221.

94. Elble R.J., Deuschl G. An update on essential tremor// Curr. Neurol. Neurosci. Rep. 2009. V. 9. N. 4. P. 273 277.

95. Ferin M., Grigorian R.A., Strara P. Mossy and climbing fibre activation in the cat cerebellum by stimulation of the labyrinth// Exp. Brain Res. 1971. V. 12. P. 174 225.

96. Fisher B.E., Boyd L., Winstein C.J. Contralateral cerebellar damage impairs imperative planning but not updating of aimed arm movements in humans// Exp. Brain Res. 2006. V. 174. N. 3. P. 453 466.

97. Fox С.A., Sigegsmund К.A., Dutta C.A. The Purkinje cell dendritic branchlets and their relation with the parallel fibres: light and electron microscopic observations// Morphological biochemical correlates of neurol activity. N.Y. 1964. P. 112 -141.

98. George F., Chu N.S. Effect of ethanol on Purkinje cells recorded from cerebellar slices// Alcohol. 1984. V. 1. P. 353 358.

99. Glickstein M. Mossy-fibre sensory input to the cerebellum// Prog Brain Res. 1997. V. 114. P. 251 259.

100. Gramsbergen A. Posture and locomotion in the rat: independent or interdependent development// Neurosci. Biobehav. Rev. 1998. V. 22. N. 4. P. 547 553.

101. Groenewegen HJ, Voogd J. The parasagittal zonation within the olivocerebellar projection. I. Climbing fiber distribution in the vermis of cat cerebellum// J. Сотр. Neurol. 1977. V. 174. V. 3. P. 417 488.

102. Guan S., Ma S., Zhu Y., Wang J. The postnatal development of refractory periods and threshold potentials at cerebellar Purkinje neurons// Brain Res. 2006. V. 1097. N.l. P. 59 64.

103. Hansen C.L., Chen G., Ebner T.J. Role of climbing fibers in determining the spatial patterns of activation in the cerebellar cortex to peripheral stimulation: an optical imaging study// Neuroscience. 2000. V. 96. P. 317 33 1.

104. Hamori J., Szentagothai J. The "crossing over" synapse: an alectron microscope study of the molecular layer in the cerebellar cortex// Acta Biol. Acad. Sc.i Hung. 1964. V. 15. P. 95 117.

105. Harris D.P., Sinclair J.G. Ethanol depresses inferior olive neurones and reduces Purkinje cell complex spike activity evoked by cerebral cortical stimulation// Gen. Pharmacol. 1984. V. 15. N. 6. P. 455 459.

106. Harvey R.J., Napper R.M.A. Qualitative studies on the mammalian cerebellum// Progress in Neurobiology. 1991. V. 36. p 437 463.

107. Hashimoto К., Капо M. Postnatal development and synapse elimination of climbing fiber to Purkinje cell projection in the cerebellum// Neurosci Res. 2005. V. 53. N. 3. P. 221 228.

108. Huang C.M., Brown N., Huang R.H. Age-related changes in the cerebellum: parallel fibers// Brain Res. 1999. V. 840 N. 1-2. P. 148 152.

109. Ito M. Mechanism of motor learning in the cerebellum// Brain Res. 2000. V. 886. P. 237 245.

110. Ito M. The cerebellum and neuronal control// New York. 1984.

111. Ito M. Cerebellar long-term depression: characterization, signal transduction, and functional roles// Physiol. Rev. 2001. V. 81. P. 1 143-1195.

112. Ioffe M.E., Chernikova L.A., Ustinova K.I. Role of cerebellum in learning postural tasks// The Cerebellum. 2007. V. 6. P. 87 -94.

113. Iwamoto M., Hagishita Т., Shoji-Kasai Y., Ando S., Tanaka Y. Age-related changes in the levels of voltage-dependent calcium channels and other synaptic proteins in rat brain cortices// Neurosci. Lett. 2004. V. 366. N 3. P. 277-278.

114. Jansen J., Brodal A. Aspects of cerebellar anatomy// Oslo. 1954.

115. Jorntell H., Ekerot C-F., Garwicz M., Luo X-L. Functional organization of climbing fiber projection to the cerebellar anterior lobe of the rat// J. Physiol, (bond.) 2000. V. 522. P. 297 309.

116. Kakizawa S., Yamasaki M., Watanabe M., Капо M. Critical period for activity-dependent synapse elimination in developing cerebellum// J Neurosci. 2000. V. 20. P. 4954 4961.

117. Kawaguchi S., Murata M., Kurimoto Y. Ontogenesis of the cerebellofugal projection in the rat// Brain res. dev. brain, res. 1991. V. 61. P. 285 289.

118. Larsell O. Morphogenesis and evolution of the cerebellum// Arh. Neurol. And Psychiatry. 1934. V.31. P. 373 395.

119. Lamarre Y., Mercier L.A. Neurophysiological studies of harmaline-induced tremor in the cat// Can. J. Physiol. Pharmacol. 1971. V. 49. N. 12. P. 1049 1058.

120. Lamarre Y, Weiss M Harmaline-induced rhythmic acitivity of alpha and gamma motoneurons in the cat// Brain Res. 1973 V. 63. P. 430 434.

121. Latham A., Paul D. Spontaneus activity of cerebellar Purkinje cells and the responses to impulses on climbing fibres// J. Physiol. (Lond.). 1971. V. 213. P. 135 156.

122. Lang E.,J., Sugihara I., Llinas R. Olivocerebellar modulation of motor cortex ability to generate vibrissal movements in rat// J. Physiol. 2006. V. 571. P. 101 120.

123. Laine J, Axelrad H. The candelabrum cell: a new interneuron in the cerebellar cortex// J. Сотр. Neurol. 1994. V. 339 N. 2. P. 159 173.

124. Laine J., Axelrad H. Lugaro cells target basket and stellate cells in the cerebellar cortex// Neuroreport. 1998. V. 9. P. 2399 -2403.

125. Lemkey-Johnston N., Larramendi L.M. Types and distribution of synapses upon basket and stellate cells of the mouse cerebellum: an electron microscopic study// J. Сотр. Neurol. 1968. V. 134. P. 73 112.

126. Llinas R., Volkind R.A. The olivo-cerebellar system: functional properties as revealed by harmaline-induced tremor// Exp. Brain Res. 1973. V. 18. N. 1. P. 69 87.

127. Llinas R., Sugimori M. Electrophysiological properties of in vitro Purkinje cell dendrites in mammalian cerebellar slices// J. Physiol. (Lond.). 1980. V. 305. P. 197 213.

128. Lorden J.F., Stratton S.E., Mays L.E., Oltmans G.A. Purkinje cell activity in rats following chronic treatment with harmaline// Neuroscience. 1988. V. 27. N. 2. P. 465 472.

129. Lovinger D.M., Crabbe J.C. Laboratory models of alcoholism: treatment target identification and insight into mechanisms// Nat. Neurosci. 2005. V. 8. N. 11. P. 1471 1480.

130. Mariani J., Delhaye-Bouchaund N. Effect of diazepam on the spontaneous and harmaline-induced electrical activity of

131. Purkinje cells in the cerebellum of the rat and rabbit// Neuropharmacology. 1978. V. 17. P. 45 51.

132. Mariani J., Changeux J.P. Ontogenesis of olivocerebellar relationships. I. Studies by intracellular recordings of the multiple innervationof the Purkinje cells by climbing fibers in the developing rat cerebellum// J. Neurosci. 1981. V. 1. P. 696 -702.

133. McDevitt C.J., Ebner T.J.,Bloedel J.R. The changes in Purkinje cell simple spike activity following spontaneous climbing fiber inputs// Brain Res. 1982. V 237. P. 484 491.

134. McKay B.E., Turner R.W. Physiological and morphological development of the rat cerebellar Purkinje cell// J. Physiol. 2005. V. 567. P. 829 850.

135. Mitra J. Differential effect of ethanol on unit activity in cerebellum and other Brain areas in the rat// Neurosci. Abstr. 1977. V. 298. P. 56 65.

136. Miwa H., Nishi K., Fuwa Т., Mizuno Y. Differential expression of c-fos following administration of two tremorgenic agents: harmaline and oxotremorine// Neuroreport. 2000. V. 11. N.ll. P. 2385 2390.

137. Monteiro R.A., Henrique R.M., Oloveira M.H., Silva M.W., Rocha E. Postnatal cerebellar granule cells of the white rat (Rattus norvegicus): a quqntative study, using design-based stereology//Ann. Anat. 2005. V. 187. P.161 173.

138. Morton S.M., Bastian A.J. Cerebellar control of balance and locomotion// Neuroscientist. 2004. V. 10. N. 3. P. 247 259.

139. Molinary M., Leggio M.G., Silveri M.C. Verbal fluency and agrammatism// Int. Rev. Neurobiol. 1997. V. 41. P. 325 339.

140. Mugnaini E, Floris A. The unipolar brush cell: a neglected neuron of the mammalian cerebellar cortex// J. Сотр. Neurol. 1994. V. 339. N. 2. P. 174 180.

141. Muller Y. L., Reitstetter R., Yool A.J. Regulation of Ca2+ dependent Kf channel expression in rat cerebellum during postnatal development// J. of Neuroscience. 1998. V.18. P.16 -25.

142. Napper R.M., Harvey R.J. Number of parallel fiber synapses on an individual Purkinje cell in the cerebellum of the rat// J. Сотр. Neurol. 1988. V. 274. P. 168 177.

143. Nicholson D.A., Freeman J.H. Jr. Addition of inhibition in the olivocerebellar system and the ontogeny of a motor memory// Nat. neurosci. 2003a. V. 6. N. 5. P. 532 537.

144. Nunzi M.G., Mugniani E. Unipolar brush cell axons form a large system of intrinsic mossy fibers in the postnatal vestibulocerebellum// J. Сотр. Neurol. 2000. V. 422. P. 55 65.

145. Nunzi M.G., Birnstiel S., Bhattacharryya B.J, Slater N.T., Mugniani E. Unipolar brush cells form a glutamatergic projection system within the mouse cerebellar cortex// J. Сотр. Neurol. 2001. V. 434. P. 329 341.

146. Oscarsson O. Termination and functional organization of the ventral spino-olivocerebellar path// J Physiol. 1968. V. 196. N.2 P. 453 478.

147. Oscarsson O. Termination and functional organization of the dorsal spino-olivocerebellar path// J. Physiol. 1969. V. 200. N. 1. P. 129 149.

148. Palkovits M., Magyar P., Szentagothai J. Quantitative histological analysis of cerebellum in cat. I. Number and arrangement in space of the Purkinje cells// Brain Res. 1971 a. V. 32. PI 13.

149. Palkovits M., Magyar P., Szentagothai J. Quantitative histological analysis of cerebellum in cat. Ill Structural organization of the molecular layer// Brain Res. 1971. V. 34. P. 1 18.

150. Palkovits M., Magyar P., Szentagothai J. Quantitative histological analysis of cerebellum in cat. IV. Mossy fiber — Purkinje cell numerical transfer// Brain Res. 1972. V. 45. P. 15 -29.

151. Palay S.L., Chan-Palay V. Cerebellar cortex// New York-Berlin. 1974.

152. Pentney R.J. Qualitative analiysis of dendritic networks of Purkinje Neurons during aging// Neurobiology of Aging. 1986. V. 7. P. 241 248.

153. Pentney R.J. Remodeling of neuronal dendritic networks with aging and alcohol// Alcohol Alcohol Suppl. 1991. V. 1. P. 393 -397.

154. Petrosini L., Molinari M., Gremoli T. Hemicerebellectomy and motor behaviour in rats. I. Development of motor function after neonatal lesion// Exp. Brain Res. 1990. V. 82. P. 472 482.

155. Provini L., Marcotti W., Morara S., Rosina A. Somatotopic nucleocortical projections to the multiple somatosensory cerebellar maps// Neuroscience. 1998. V. 83. N. 4. P. 1085 -1104.

156. Pijpers A., Apps R., Pardoe .J, Voogd J., Ruigrok T.J. Precise spatial relationships between mossy fibers and climbing fibers in rat cerebellar cortical zones// J. Neurosci. 2006. V. 26. N. 46. P. 2067 2080.

157. Pyapali G.K., Turner D.A., Wilson W.A., Swartzwelder H.S. Age and dose-dependent effects of ethanol on the induction of hippocampal long-term potentiation// Alcohol. 1999. V. 19. N. 2. P. 107 111.

158. Raman I.M., Bean B.P. Resurgent sodium current and action potential formation in dissociated cerebellar Purkinje neurons// J. Neurosci. 1997. V. 17. P. 4517 4526.

159. Raman I.M., Bean B.P. Ionic currents underlying spontaneous action potentials in isolated cerebellar Purkinje neurons// J. Neuroscience. 1999. V 19. P. 1663 1674.

160. Ramon у Cajal S. Estructura de los centros nerviosos de las aves// Rev. Trim. Histol. Norm. 1888. Pat 1. P. 1 10.

161. Rappaport M. S., Gentry R. Т., Schneider D. R., Dole V. P. Ethanol effects on harmaline-induced tremor and increase of cerebellar cyclic GMP// Life Sci. 1984. V. 34, N. 1. P. 49 56.

162. Rawson J.A., Wertheimer S., Rees S. Modification of parallel fibre Purkinje cell transmission by long-term activation of climbing fibres//Neuroscience Letters. 1988. V. 91. P. 14 - 18.

163. Rogers J., Zornetzer S.F., Bloom F.E. Senescent patology of cerebellum: Purkinje neurons and their parallrl fiber afferents// Neurobiol. Aging. 1981. V. 2. N. 1. P. 15 25.

164. Rogers J. Senescent microstructural changes in rat cerebellum// Brain Res. 1984. V. 292. P. 23 32.

165. Rogers J., Madamba S.G., Staunton D.A., Siggins G.R. Ethanol increases single unit activity in the inferior olivary nucleus// Brain Res. 1986. V. 385. N. 2. P. 253 262.

166. Ron D., Jurd R. The "ups and downs" of signaling cascades in addiction// Sci STKE. 2005. V. 309. rel4.

167. Voogd J. Cerebellum// The rat nervous system/ Ed 2. Ed Paxinos G. San Diego: Academic Press. 1995. P. 309 -350.

168. Sato Y., Miura A., Fushiki H., Kawasaki T. Short-term modulation of cerebellar Purkinje cell activity after spontaneous climbing fiber input// J. Neurophysiol. 1992. V. 68. P. 20512062.

169. Saponjic J., Culic M., Jankovic В., Jovanovic A. Interspike background activity in extracelullarly recorded Purkinje neurons: spectral analysis// Physiol. Res. 2001. V. 50. N. 4. P. 419 424.

170. Scavone C., Munhoz C.D., Kavamoto E.M., Glezer I, de Sa Lima L, Marcourakis Т., Markus R.P. Age-related changes in cyclic GMP and PKG-stimulated cerebellar Na, K-ATPase activity// Neurobiol. Aging. 2005. V 26. P. 907 916.

171. Schmahmann J.D., Caplan D., Cognition, emotion and the cerebellum// Brain. 2006. V. 129. P. 290 292.

172. Schulz D., Kouri C., Huston J.P. Behavior on the water maze platform: relationship to learning and open field exploration inaged and adult rats// Brain Res. Bull. 2007. V. 74. N. 4. P. 206 -215.

173. Serapide M.F., Panto M.R., Parenti R., Zappala A., Cicirata F. Multiple zonal projections of the basilar pontine nuclei to the cerebellar cortex of the rat// J. Сотр. Neurol. 2001. V. 430. P. 471 484.

174. Servais L., Hourez R., Bearzatto В., Gall D., Schiffmann S., Cheron G. Purkinje cell dysfunction and alteration of long-trrm synaptic plasticity in fetal alcohol syndrom// PNAS. 2007. V. 104. P. 9858 9863.

175. Sekerkova G., Illijic E., Mugnaini E., Baker J.F. Otolith organ or semicircular canal stimulatin induces c-fos expression in unipolar brush cells and granule cells of cat squirrel monkey// Exp. Brain Res. 2005. V. 164. P. 286 300.

176. Sinclair J.G., Lo G.F., Harris D.P. Ethanol effects on the olivocerebellar system// Can. J. Physiol. Pharmacol. 1982. V. 60 N. 5. P. 610-614.

177. Sinclair J.G., Lo G.F. Ethanol effects on rat cerebellar Purkinje cells// Gen Pharmacol. 1982. V. 13. N. 5. P. 449 451.

178. Simat M., Parpan F., Fritschy J.M. Heterogeneity of glycinergic and gabaergic interneurons in the granule cell layer of mouse cerebellum// J. Сотр. Neurology. 2007. V. 500. P. 71 83.

179. Sillitoe R.V., Chung S.H., Fritschy J.M., Hoy M., Hawkes R. Golgi cell dendrites are restricted by Purkinje cell stripe boundaries in the adult mouse cerebellar cortex// J. Neurosci. 2008. V. 28. P. 2820 2826.

180. Sturrock R.R. Changes in neuron number in the cerebellar cortex of the ageing mouse// J. Hirnforsch. 1989. V. 30. N. 4. P. 499 503.

181. Splettstoesser F., Bonnet U., Wiemann M., Bingmann D., Biisseberg D. Modulation of voltage gated channel currents by harmaline and harmane// British Journal of Pharmacology. 2005. V. 144. P. 52 58.

182. Sturrock R.R. A quantitative histological study of Golgi II neurons and pale cells in different cerebellar regions of the adult and ageing mouse brain// Z. Mikrosk. Anat. Forsch. 1990. V. 104. N. 5. P. 705 714.

183. Sugihara I., Lang E.J., Llinas R. Serotonin modulation of inferior olivary oscillations and synchronicity: a multiple-electrode study in the rat cerebellum// Eur. J. Neurosci. 1995. V. 7. N. 4. P. 521 534.

184. Sugihara I., Wu H.-S., Shinoda Y. Morphology of single olivocerebellar axons labeled with biotinylated dextran amine in the rat// J. Сотр. Neurol. 1999. V. 414. P. 131 148.

185. Sugihara I., Wu H. S., Shinoda Y. The entire trajectories of single olivocerebellar axons in the cerebellar cortex and their contribution to cerebellar compartmentalization// J. Neurosci. 2001. V. 21 . P. 7715 7723.

186. Sugihara I. Organization and remodeling of the olivocerebellar climbing fiber proection// The Cerebellum. 2006. V. 5. P. 15 -22.

187. Shinoda Y., Sugihara I., Wu H.S., Sugiuchi Y. The entire trajectory of single climbing and mossy fibers in the cerebellar nuclei and cortex// Prog. Brain Res. 2000. V. 124. P. 173 186.

188. Takacs J., Hamori J. Developmental dynamics of Purkinje cells and dendritic spines in rat cerebellar cortex// J. Neurosci Res. 1994. V. 38. N. 5. P. 515 530.

189. Tempia F., Konnerth A. Calcium requirement of long-term depression and rebound potentiation in cerebellar Purkinje neurons// Semin Cell Biol. 1994. V. 5. N. 4. P. 243 250.

190. Thach W.T., Goodkkin H.P., Keating J.G. The cerebellum and the adaptive coordination of movement// An. Rev. Neurosci. 1992. V. 15. P.403 442.

191. Tong G., Robertson L.T., Brons J. Climbing fiber representation of the renal afferent nerve in the vermal cortex of the cat cerebellum// Brain Res. 1993. V. 601. N. 1-2. P. 65 75.

192. Tranquilli Leali F.M., Artico M., Potenza S., Cavallotti C. Age-related changers of monoamineoxidases in rat cerebellar cortex// Eur. J. Histochem. 2003. V 47. P 81 86.

193. Wang G., Fowler S.C. Concurrent quantification of tremor and depression of locomotor activity induced in rats by harmaline and physostigmine// Psychopharmacology (Berl.). 2001. V. 158. N. 3. P. 273 280.

194. Watanabe M. Molecular mechanisms governing competitive synaptic wiring in cerebellar Purkinje cells// The Tohoku J. of Exp. Med. 2008. V. 214. N. 3. P. 175 190.

195. Weiss M. Rhythmic activity of spinal interneurons in harmaline-treated cats. A model for olivo-cerebellar influence at the spinal level// J. Neurol. Sci. 1982. V. 54. N. 3. P. 341 348.

196. Wilms H., Sievers J., Deuschl G. Animal models of tremor// Mov. Disord. 1999. V. 14. N.4. P. 557 571.

197. White A. M., Truesdale M. C., Bae J. G., Ahmad S., Wilson W.A., Best P.J., Swartzwelder H.S. Differential effects of ethanol on motor coordination in adolescent and adult rats// Pharmacol. Biochem. Behav. 2002. V. 73. N. 3. P.673 677.

198. Yamanaka H., Yanagawa Y., Obata K. Development of stellate and basket cellsand their apoptosis in mouse cerebellar cortex// Neurosci. Res. 2004. V. 50. P.13 22.

199. Zhang C., Hua Т., Zhu Z., Luo X. Age-related changes of structures in cerebellar cortex of cat// J. Biosci. V. 31. N. 1. P. 55 60.

200. Zhu J. N., Yung W. H., Kwok-Chong Chow В., Chan Y. S., Wang J. J. The cerebellar-hypothalamic circuits: potential pathways underlying cerebellar involvement in somatic-visceral integration// Brain Res. Rev. 2006. V. 52. N. 1. P. 93 106.

201. Zhao S., Chen N., Yang Z., Huang L., Zhu Y., Guan S., Chen Q., Wang J.H. Ischemia deteriorates the spike encoding of rat cerebellar Purkinje cells by raising intracellular Ca // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008. V. 366. N. 2. P. 401 407.

Информация о работе

Карелина, Татьяна Викторовна
кандидата биологических наук
Санкт-Петербург, 2010
ВАК 03.03.01

Диссертация

Возрастные особенности синаптической активации клеток Пуркинье мозжечка системой лазящих и мшистых волокон - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы