Динамика восстановления внутриклеточных изменений, возникающих после судорог в системе нейрон-глия МА-ергических ядер мозга у высоко и низкоустойчивых к гипоксии животных

Благодаря многочисленным исследованиям в области экспериментальной и клинической эпилептологии глубоко и всесторонне изучены патогенетические механизмы различных видов эпилепсии и их связь с гипоксическими состояниями, возникающими в организме [250, 261, 332, 368, 419]. Установлено, что тяжесть судорожного припадка в значительной мере зависит от устойчивости организма к гипоксии [7, 207, 368]. Известно также, что адаптация организма к периодической гипоксии снижает частоту приступов у больных эпилепсией [ 197, 218]. Однако до настоящего времени мало изучена роль МА-ергических механизмов в формировании индивидуальных восстановительных процессов в ЦНС после судорожного припадка и их связь с устойчивостью организма к гипоксии.

В связи с этим у двух групп крыс линии Вистар, обладающих высокой (ВУ) и низкой (НУ) устойчивостью к гипоксии, изучена динамика изменения судорожной готовности после однократных коразоловых судорог и последующем восстановлении внутриклеточных процессов в системе нейрон-глия МА-ергических ядер мозга.

Перед проведением исследований у каждого животного определяли устойчивость к гипобарической гипоксии и формировали две крайние группы, высокоустойчивую (ВУ) и низкоустойчивую (НУ). Для этого крыс поочередно помещали на находящуюся в барокамере площадку с изменяющимся углом наклона и «поднимали на высоту» 8000 м со скоростью 25 м/с, регистрируя время, в течение которого животное удерживалось в верхней части наклонной плоскости. Через некоторое время в результате развивающейся гипоксии животное теряет способность удерживать мышечное напряжение и сползает вниз. Это время принимали за индивидуальное «резервное время». Крыс, у которых «резервное время» не превышало 2,1 ± 0,25 мин, относили к группе НУ, а тех, у которых это время было 5,5 ± 0,33 мин — к группе ВУ.

С помощью инфузомата животным обеих групп в/в вводили 1 -процентный раствор пентилентетразола со скоростью 0,1 мл/мин до появления клонико-тонических судорог. Пороговую дозу коразола, необходимую для проявления судорог определяли индивидуально для каждого животного и выражали ее в мг/кг массы. Эта величина служила показателем судорожной готовности экспериментальных животных.

Результаты исследований показали, что пороговые дозы коразола у ВУ и НУ крыс статистически достоверно не различаются (табл. 1). После однократных судорог у животных обеих групп определяли изменения судорожной готовности в течение 48 ч после судорог.

Для этих целей, исследованный постсудорожный период (48 ч) разбили на три этапа (24, 36 и 48 ч). На каждом из них вновь определяли индивидуальную пороговую дозу коразола (как описано выше), вызывающую у этих животных клонико-тонические судороги. Чтобы исключить в постсудорожный период «раскачку», в каждый период времени брали отдельную группу животных.

Таблица 1

Динамика изменения судорожной готовности после однократных коразоловых судорог

Время после судорог, ч

Доза коразола, мг/кг

ВУ животные

п

НУ животные

п

Контроль

25,17 ± 1,55

10

23,47 ± 1,68

12

24

18,88 ± 1,34 Р < 0,01

11

15,52 ±1,03 Р < 0,01

12

36

22,08 ± 1,08

12

14,31 ± 0,59 Р < 0,001

10

48

23,16 ± 1,78

10

25,34 ± 1,74

10

После судорог у животных обеих групп происходит повышение судорожной реактивности, которая в дальнейшем имеет индивидуальную динамику изменений. Так, через 24 ч судорожная готовность ВУ и НУ животных повышается, о чем свидетельствует снижение (на 25 и 34%) по сравнению с контролем пороговых доз коразола, вызывающих клонико-тонические судороги. Через 36 ч судорожная готовность ВУ крыс снижается и достигает контрольного уровня, тогда как у НУ животных она остается ниже контроля на 39% и только к 48-ми ч статистически достоверно не отличается от него.

Исследованиями ряда авторов, изучавших синаптическую пластичность мозга при судорожных состояниях установлено, что исходный уровень бензодиазепиновых рецепторов у высоко и низкоустойчивых к коразолу крыс одинаков. Однако после острых судорог у животных обеих групп плотность рецепторов уменьшается и удерживается на этом уровне в течение 48 ч [27, 29].

Полученные результаты позволяют полагать, что разная продолжительность сохранения повышенной судорожной готовности у животных исследованных групп в постсудорожный период, по-видимому, неодинаково сказывается на компенсаторно-восстановительных процессах в ЦНС. Снижение активности последних может быть патогенетической основой возникновения повторных судорог [68, 349, 418], которые вызывают еще более выраженные повреждения мозга [453]. Поэтому важно выяснить связь индивидуальнотипологических особенностей организма с репарационными возможностями клеточных структур мозга и их уязвимостью в постсудорожный период.

Высокая пластичность и функциональные возможности клеточных структур мозга в значительной мере обусловлены постоянной взаимосвязью функций с генетическим аппаратом клеток. Для каждого функционального состояния нейрона характерна экспрессия конкретных генов, обеспечивающая внутриклеточный синтез соответствующих РНК и белков. Макромолекулы определенной функциональной значимости поступают из тел нейронов в их отростки, где предопределяют необходимую реорганизацию межнейронных синаптических связей. Поэтому качественные и коли чественные изменения содержания РНК и белков в системе нейрон-глия являются интегративными показателями функциональных возможностей различных структур мозга [54, 57, 135, 192, 209, 335,407].

Известно, что тяжесть любого функционального нарушения определяется степенью повреждения клеточных структур [135]. В связи с этим в настоящем разделе представлены результаты исследования динамики изменений содержания РНК в системе нейрон-глия центральных МА-ергических ядер мозга в постсудорожный период. Эти ядра являются важными медиаторными центрами, они моносинаптически иннервируют многие отделы мозга и играют важную роль в проявлении судорожной готовности [329, 330, 380]. Однако неизвестна их роль в реализации репарационных процессов после судорог.

Динамика изменений содержания РНК в цитоплазме нейронов й и их сателлитных глиоцитах ? компактной зоны черной субстанции у ВУ и НУ животных в постсудорожный период (в % к контролю, принятому за 100%)

Рис. 1. Динамика изменений содержания РНК в цитоплазме нейронов й и их сателлитных глиоцитах ? компактной зоны черной субстанции у ВУ и НУ животных в постсудорожный период (в % к контролю, принятому за 100%): *-Р < 0,05; **-Р < 0,01; ***-Р < 0,001

Определение внутриклеточного содержания РНК (на 95% это рибосомальная РНК) в цитоплазме нейронов и сателлитных глиоцитов проводили с помощью сканирующей цитоспектрофотометрии. Установлено, что повышенная судорож ная готовность, имевшая место у ВУ и НУ животных через 12 ч после судорог сопровождается значительным снижением (на 33 и 32%) содержания РНК в нейронах компактной зоны черной субстанции (рис. 1). Аналогичный характер сдвигов был и в сателлитных глиоцитах. Через 24 ч уменьшение содержания РНК (на 21%) обнаружено в цитоплазме нейронов ВУ крыс, тогда как у НУ животных оно остается ниже контроля не только в нервных, но и в глиальных клетках-сателлитах (на 35 и 27% соответственно).

Различный характер изменений в клеточных структурах компактной зоны черной субстанции выявлен у животных исследованных групп и через 36 ч после судорог. Так, снижение судорожной готовности у ВУ животных сопровождается статистически достоверным увеличением содержания РНК в цитоплазме нейронов, а у НУ крыс повышенная судорожная реактивность приводит к уменьшению (на 26%) количества исследованных макромолекул в глиоцитах. Аналогичные изменения у животных последней группы сохраняются в течение 48 ч после судорог, тогда как в системе нейрон-глия ВУ крыс статистически достоверных сдвигов не обнаружено.

Таблица 2

Изменения объема цитоплазмы нейронов и глиоцитов в мкм3 (в числителе), а также концентрации в них РНК (в условных единицах, в знаменателе) в постсудорожный период

Время после судорог, ч

Высокоустойчивые животные

Низкоустойчивые животные

Компактная зона черной субстанции

Нейроны

Глия

Нейроны

Глия

Контроль

  • 1077 ± 56
  • 2,16 ±0,09
  • 63 ± 4,35
  • 2,51 ± 0,11
  • 1077 ± 56
  • 2,16 ±0,09
  • 63 ± 4,35
  • 2,51 ± 0,11

12

  • 897 ± 29,6*
  • 1,71 ± 0,07**
  • 59 ± 3,34
  • 1,97 ± 0,10**
  • 850 ± 36*
  • 1,84 ± 0,06*
  • 60 ± 3,66
  • 1,76 ± 0,08***

24

  • 1120 ± 53
  • 1,63 ± 0,06***
  • 66 ± 3,23
  • 2,48 ± 0,10
  • 872 ± 44*
  • 1,73 ± 0,07**
  • 66 ± 3.87
  • 1,75 ± 0,11**

36

  • 991 ± 67
  • 2,77 ± 0,13**
  • 61 ± 3,47
  • 2,43 ± 0,16
  • 819 ± 46**
  • 2,54 ± 0,10*
  • 62 ± 3,97
  • 1,88 ± 0,09**

48

  • 1055 ± 58
  • 2,26 ± 0,16
  • 64 ± 4,27
  • 2,38 ± 0,17
  • 1045 ± 81
  • 2,36 ± 0,11
  • 65 ± 4,62
  • 1,84 ± 0,08**

Примечание-. * - Р < 0,05; *? - Р < 0,01; *** - Р < 0,001.

Перестройки внутриклеточного метаболизма мозга при функциональных нагрузках сопровождаются изменениями объемов клеточных структур. При этом динамика изменения в них концентрации РНК отражает общую метаболическую активность отдельных клеток. Исходя из этого, мы изучили динамику изменения объемов нервных и глиальных клеток, а также концентрации в них РНК, уровень которой не всегда аналогичен ее содержанию. Установлено, что повышение судорожной готовности ВУ и НУ животных через 12 ч после судорог сопровождается не только значительным снижением содержания внутриклеточной РНК в системе нейрон-глия компактной зоны черной субстанции, но и уменьшением объемов цитоплазмы нейронов у животных обеих групп (табл. 2). При этом концентрация РНК в нервных и глиальных клетках у крыс обеих групп значительно ниже контроля. Через 24 ч снижение количества РНК в цитоплазме нейронов компактной зоны черной субстанции НУ животных обусловлено одновременным уменьшением объема цитоплазмы нейронов и концентрации в ней РНК на 19 и 20% соответственно. Причем объем нейронов остается ниже контроля (на 24%) и через 36 ч после судорог, тогда как концентрация РНК увеличивается на 18%. Уменьшение содержания РНК, выявленное в цитоплазме нейронов ВУ крыс через 24 ч после судорог, обусловлено снижением концентрации исследованных макромолекул.

Восстановление контрольного уровня судорожной реактивности, выявленное у животных обеих групп через 48 ч после судорог сопровождается неоднозначными изменениями в системе нейрон-глия компактной зоны черной субстанции. Так, у ВУ животных статистически достоверных изменений не обнаружено, тогда как у НУ концентрация и содержание РНК в сателлитной глии остаются значительно ниже контроля.

Анализ полученных результатов показал, что повышенная судорожная готовность, сохраняющаяся в течение 24 ч после судорог, приводит к снижению концентрации и содержания РНК в системе нейрон-глия ДА-ергического ядра ВУ и НУ животных. У последних эти изменения сопровождаются уменьшением объема цитоплазмы нейронов, которое сохраняется в течение 36 ч после судорог. Кроме того, установлено, что через 48 ч у ВУ крыс восстанавливается контрольный уровень содержания РНК в нервных и глиальных клетках компактной зоны черной субстанции, тогда как у НУ в это время сохраняется выраженное снижение РНК в глиоцитах.

Динамика изменений содержания РНК в цитоплазме 0 нейронов и их сателлитных глиоцитах ? синего пятна у ВУ и НУ животных в постсудорожный период (в °/о к контролю, принятому за 100%)

Рис. 2. Динамика изменений содержания РНК в цитоплазме 0 нейронов и их сателлитных глиоцитах ? синего пятна у ВУ и НУ животных в постсудорожный период (в °/о к контролю, принятому за 100%): *-Р < 0,05; **-Р < 0,01; ***-Р < 0,001

Иной характер сдвигов выявлен в нейронах норадренергического ядра (locus ceruleus). Так, повышенная судорожная готовность, имевшая место у ВУ крыс через 12 и 24 ч после судорог, сопровождается увеличением содержания РНК в цитоплазме нейронов синего пятна на 22 и 27% (рис. 2). Тогда как в глиальных клетках статистически достоверных сдвигов не обнаружено. После снижения судорожной реактивности, возникающего у этих животных через 36 ч, статистически значимых изменений в системе нейрон-глия не выявлено.

У НУ животных повышенная судорожная готовность, сохраняющаяся в течение 36 ч, приводит к статистически достоверному уменьшению содержания РНК в глиоцитах синего пятна через 12, 24 и 36 ч на 26, 18 и 22% соответственно. Его восстановление выявлено лишь через 48 ч после судорожного припадка.

Увеличение содержания РНК в нейронах синего пятна ВУ животных через 12 и 24 ч сопровождается увеличением объема цитоплазмы нейронов на 31 и 29%, тогда как концентрация в ней РНК не изменяется (табл. 3).

Таблица 3

Изменения объема цитоплазмы нейронов и глиоцитов в мкм3 (в числителе), а также концентрации в них РНК (в условных единицах, в знаменателе) в постсудорожный период

Время после судорог, ч

Высокоустойчивые животные

Низкоустойчивые животные

Синее пятно

нейроны

глия

нейроны

глия

Контроль

  • 937 ± 49
  • 2,13 ± 0,10
  • 47 ± 2,71
  • 2,37 ± 0,11
  • 937 ± 49
  • 2,13 ± 0,10
  • 47 ± 2,71
  • 2,37 ± 0,11

12

  • 1227 ± 53***
  • 1,98 ± 0,17
  • 46 ± 2,91
  • 2,19 ± 0,17
  • 1190 ± 50**
  • 1,58 ± 0,07**
  • 50 ± 2,87
  • 1,63 ± 0,11***

24

1209 ± 5,01*** 2,05 ± 0,14

  • 49 ± 3,34
  • 2,48 ± 0,16
  • 1162 ± 60*
  • 2,11 ± 0,14
  • 52 ± 3,95
  • 1,76 ± 0,1**

36

  • 965 ± 59
  • 1,92 ± 0,10
  • 51 ± 3,42
  • 2,41 ± 0,18
  • 1003 ± 77
  • 2,21 ± 0,17
  • 45 ± 2,37
  • 1,91 ± 0,08**

48

  • 955 ± 54
  • 1,94 ± 0,14
  • 49 ± 2,98
  • 2,44 ± 0,19

Примечание-. * - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** - Р < 0,001.

У НУ крыс выявлен иной характер сдвигов. Через 12 ч после судорог у них увеличивается объем цитоплазмы нейронов синего пятна на 27%, тогда как концентрация РНК здесь снижается на 29%. Увеличенный (на 24%) объем цитоплазмы нервных клеток сохраняется и через 24 ч, однако он не сопровождается изменением концентрации РНК. В глиальных клетках-сателлитах в течение 12, 24 и 36 ч происходит снижение концентрации РНК на 32, 26 и 22% соответственно.

Таким образом, внутриклеточные перестройки в системе нейрон-глия синего пятна, связанные с повышением судорожной готовности в постсудорожный период у ВУ и НУ животных происходят по-разному. Так, у ВУ крыс они обусловлены увеличением содержания РНК в цитоплазме нейронов, тогда как у НУ происходит выраженное снижение содержания РНК главным образом в глиоцитах. Кроме того, в клеточных структурах синего пятна, как и в черной субстанции, восстановление содержание РНК у ВУ животных происходит раньше, чем у НУ

Динамика изменений содержания РНК в цитоплазме нейронов и и в их сателлитных глиоцитах ? дорсального ядра шва у ВУ и НУ животных в постсудорожный период (в % к контролю, принятому за 100%)

Рис. 3. Динамика изменений содержания РНК в цитоплазме нейронов и и в их сателлитных глиоцитах ? дорсального ядра шва у ВУ и НУ животных в постсудорожный период (в % к контролю, принятому за 100%):

* - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** _ р < 0,001

Таблица 4

Изменения объема цитоплазмы нейронов и глиоцитов в мкм3 (в числителе), а также концентрации в них РНК (в условных единицах, в знаменателе) в постсудорожный период

Время после судорог, ч

Высокоустойчивые животные

Низкоустойчивые животные

Дорсальные ядра шва

Нейроны

Глия

Нейроны

Глия

Контроль

  • 1273 ± 85,3
  • 2,17 ± 0,12
  • 52 ± 3,48
  • 2,40 ± 0,11
  • 1273 ± 85,3
  • 2,17 ± 0,12
  • 52 ± 3.48
  • 2,40 ± 0,11

12

  • 1362 ± 86
  • 1,52 ± 0,09***
  • 48 ± 3,34
  • 2,73 ± 0,17
  • 1311 ± 88
  • 1,64 ±0,09*
  • 56 ± 4.52
  • 1,80 ± 0,06***

24

  • 1133 ± 94
  • 2,23 ± 0,18
  • 54 ± 3,53
  • 1,84 ± 0,09**
  • 1388 ± 99
  • 1,50 ± 0,07***
  • 51 ± 2,77
  • 2,62 ± 0,17

36

  • 1247 ± 95
  • 2,32 ± 0,13
  • 47 ± 3,01
  • 2,35 ± 0,12
  • 1234 ± 53
  • 1,61 ± 0,07**
  • 54 ± 3,31
  • 2,50 ± 0,17

48

  • 1171 ± 87
  • 2,90 ± 0,14**
  • 54 ± 3,09
  • 1,90 ± 0,08**

Примечание'. * - Р < 0,05; ** - Р < 0,01; *** — Р < 0,001.

Различия в динамике внутриклеточных изменений выявлены у ВУ и НУ животных при изучении восстановления структурно-метаболических сдвигов в системе нейрон-глия дорсального ядра шва. Так, через 12 ч после судорог содержание РНК в цитоплазме нейронов ВУ животных снижается на 25%, тогда как в глиоцитах статистически достоверных изменений не обнаружено (рис. 3). У НУ крыс количество РНК уменьшается не только в нейронах, но и в сателлитных глиоцитах (на 23 и 20% соответственно). Через 24 ч после судорожного припадка у ВУ животных содержание исследованных макромолекул снижается только в сателлитной глии, а через 36 ч статистически значимых сдвигов в системе нейрон-глия не выявлено. В нейронах дорсального ядра шва НУ крыс содержание РНК остается ниже контрольного уровня в течение 36 ч после судорог. Через 48 ч у этих животных обнаружено увеличение содержания РНК в нейронах (на 23%) и снижение в глиоцитах (на 18%).

Снижение содержания РНК, обнаруженное в нейронах или глиоцитах дорсального ядра шва у ВУ животных через 12 и 24 ч обусловлено уменьшением в этих клетках концентрации исследованных макромолекул (табл. 4). У НУ крыс аналогичный характер сдвигов в нейронах обнаружен не только через 12, 24, но и через 36 ч.

Анализ результатов, представленных в данном разделе свидетельствует о регионально-специфическом характере изменений, обеспечивающих внутриклеточные процессы восстановления в исследованных отделах мозга после судорог. Исходя из современных представлений о функционально-метаболических взаимоотношениях в системе нейрон-глия, значительное уменьшение содержания РНК или белков, обнаруженное не только в нейронах, но и окружающих их сателлитных глиоцитах, свидетельствует о перенапряжении этих структур и снижении синтеза внутриклеточных макромолекул [131, 314, 322].

Поэтому в первые сутки после судорог более уязвимыми у животных обеих групп оказываются клеточные структуры дофамин- и серотонинергического ядер (ЧС и ДЯШ), принимающих участие в формировании стресс-лимитирующих механизмов [133, 165, 166]. Здесь обнаружено выраженное снижение содержания РНК. Кроме того, установлено, что в исследованных МА-ергических ядрах мозга ВУ животных восстановление внутриклеточных процессов после судорог идет быстрее, чем у НУ. Несмотря на то, что через 48 ч после судорог судорожная готовность у НУ животных снижается до уровня контроля, однако полного восстановления внутриклеточных изменений в системе нейрон-глия дофамин и серотонинергического ядер не происходит. Это свидетельствует о том, что снижение судорожной готовности не всегда отражает эффективность постсудорожного восстановления нарушенных внутриклеточных процессов.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >