Электроэнцефалографический анализ взаимодействия глутамат-и холинергической систем мозга

Актуальность исследования взаимодействия различных нейромедиаторных систем определяется не только задачами, связанными с пониманием механизмов деятельности мозга, но и необходимостью разработки фармакологических средств коррекции разного рода нейропаталогий. Использование для этой цели электроэнцефалограммы (ЭЭГ) предоставляет уникальную возможность неинвазивного исследования динамических аспектов взаимодействия медиаторных систем мозга. ЭЭГподход с успехом использовался ранее и продолжает применяться в настоящее время при изучении различных фармакологических препаратов [Раевский, Георгиев, 1986; Воробьев, Гальченко, 1988; Каминка и др., 1990; Knott et al., 1996]. В настоящее время получен обширный материал по отражению в ЭЭГ изменений в активности многих нейромедиаторных систем мозга [Abercrombie et al., 1986; Sainsburi, Partio, 1990; Emilien, 1990; Воробьев и др., 1992; Панюшкина и др., 1994]. ЭЭГподход в исследовании фармакологических препаратов удобен и тем, что он имеет ряд преимуществ перед экспериментами in vitro (возможность прижизненного исследования динамических характеристик электрической активности мозга, возможность сравнения изменений одновременно в нескольких структурах), а также поведенческими методиками, не позволяющими исследовать тонкие механизмы действия этих препаратов на активность нейронов и нервных сетей.

Как показывают многочисленные данные, в нейрохимическом обеспечении интегративной деятельности мозга важную роль играют «классические» медиаторные системы. Это реализуется как на основе собственных эффектов каждой из систем, так и в результате их взаимодействия. Особый интерес в этом отношении представляет изучение особенностей отражения в частотном спектре ЭЭГ активности глутаматной и холинергической систем в отдельности, а также их взаимодействия, поскольку известна их важная роль в механизмах обучения и памяти, а также в возникновении таких патологических состояний как, например, эпилепсия [Мелдрум, 1982; Foster et al., 1987; Dingledine et al., 1990; March, 1998], нейродегенеративные расстройства [Dickenson, 1990], нарушения памяти [Вертоградова и др., 1984], травматические повреждения мозга и при действии наркоза [Irifune et al., 1992]. Наиболее изученной в этом ряду, но до конца не выясненной, является проблема происхождения судорожных состояний, включая эпилепсию [Dingledine et al., 1990]. Сложность решения этой проблемы определяется, с одной стороны, тесным взаимодействием нейрохимических систем мозга [Mercuri et al., 1992], а с другойсложностью процессов, происходящих на уровне рецепторного аппарата клеток и внутри их [Cooper et al., 1995].

Методическую основу использования ЭЭГподхода для исследования этих процессов составляют 2 группы фактов: 1) определяющая роль синаптических потенциалов в генезе ЭЭГ [Goldensohn, 1979] и 2) и тесная связь механизмов генеза ЭЭГ с активностью различных нейромедиаторных систем в мозге [Petsche, 1989; Petsche, 1997]. Однако, несмотря на это, целый ряд причин вызывает необходимость продолжения анализа участия нейромедиаторных систем мозга в формировании частотного спектра ЭЭГ.

Во-первых, большинство работ по изучению ЭЭГэффектов фармакологических препаратов медиаторного ряда существенно различаются по методическим подходам. Это может объяснить причину несоответствия данных, полученных в исследованиях разных авторов, однако затрудняет или делает невозможным их интерпретацию.

Во-вторых, известно, что ацетилхолин и глутамат могут влиять на формирование ЭЭГ как благодаря метаболическим процессам, так и посредством медиатор-рецепторного взаимодействия. Участие медиаторрецепторного взаимодействия в ЭЭГэффектах, наблюдаемых при направленном изменении активности различных медиаторных систем, нельзя считать полностью доказанным, поскольку в большинстве работ не представлены полные протоколы опытов по анализу дозовых зависимостей по влиянию агонистов и антагонистов отдельно и, что особенно важно, в условиях их совместного применения.

В-третьих, в рамках единого методического подхода не было проведено сравнительного изучения отражения взаимодействия разных медиаторных систем мозга в частотном составе ЭЭГ, что существенно ограничивает понимание механизмов действия исследуемых фармакологических препаратов, многие из которых могут влиять на активность различных медиаторных систем мозга. Более того, анализ действия агонистов и антагонистов разных нейромедиаторных систем является актуальным и для медицинской практики, поскольку в качестве лекарственных средств используются комбинации разных фармакологических препаратов. Поэтому эффекты комбинированного воздействия лекарств, в частности на ЭЭГ, важны для практической медицины.

Исходя из этого цель нашей работы заключалась в доказательстве участия медиатор-рецепторного взаимодействия глутамати холинергической систем в формировании 7 частотного состава ЭЭГ и исследование особенностей отражения в частотном составе ЭЭГ взаимодействия между этими системами.

В соответствии с поставленной целью в настоящем исследовании решались следующие задачи:

1. Исследовать динамику спектральных профилей ЭЭГ в условиях применения агонистов и антагонистов рецепторов глутаматной системы мозга при различных дозах этих веществ, а также при их совместном введении;

2. Исследовать динамику спектральных профилей ЭЭГ в условиях применения агонистов и антагонистов рецепторов холинергической системы мозга при различных дозах этих веществ и при их совместном введении;

3. Изучить изменения частотного спектра ЭЭГ коры мозга крыс при совместном использовании агониста одной из нейромедиаторных систем с антагонистом другой системы.

4. Показать перспективность ЭЭГподхода для анализа участия нейромедиаторных систем мозга в механизмах действия фармакологических препаратов.

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. Результаты исследования выявили участие медиаторрецепторного взаимодействия глутамати холинергической систем мозга в формировании частотных спектров ээг.

2. Основными ЭЭГ-эффектами активации рецепторов глутамата являются усиление ритмов в диапазоне 0.5−3 Гц и ослаблениев полосе частот 8−26 Гц. Действие агонистов глутаматных рецепторов зависело от дозы и устранялось соответствующими антагонистами.

3. Основными ЭЭГ-эффектами активации рецепторов ацетилхолина было усиление ритмов в частотных диапазонах 0.5−2.5, 4−5.7 и 20−26 Гц и ослабление ритмов в диапазоне 6−16 Гц. Действие агонистов холинорецепторов зависело от дозы и устранялось соответствующими антагонистами.

4. Были выявлены ЭЭГ-эффекты взаимовлияния исследуемых медиаторных систем: угнетение холинергической системы повышает активность глутаматергической, тогда как угнетение разных подтипов глутаматных рецепторов может как усиливать, так и снижать активность холинергической системы.

5. Представленные данные показывают перспективность применения ЭЭГ-подхода для анализа участия нейромедиаторных систем мозга в механизмах действия фармакологических препаратов.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью нашей работы являлось доказать участие медиаторрецепторного взаимодействия глутаматной и ацетилхолиновой систем в формировании частотного спектра ЭЭГ. В связи с поставленной целью в настоящем исследовании было необходимо решить следующие задачи: 1) исследовать характер и динамику спектральных профилей ЭЭГ в условиях применения агонистов и антагонистов рецепторов глутаматной системы мозга при различных дозах этих веществ (выявление дозозависимости) и их совместном применении- 2) изучить характер и динамику спектральных профилей ЭЭГ в условиях применения агониста и антагониста рецепторов холинергической системы мозга при различных дозах этих веществ (выявление дозозависимости) и их совместном применении- 3) выявить особенности отражения взаимодействия глутаматной и холинергической систем в частотном спектре ЭЭГ коры мозга крыс при совместном использовании глутамати холинергических препаратов.

Обобщая полученные в ходе экспериментов данные можно прийти к следующему заключению:

В условиях внутримозгового (в латеральный желудочек) введения препаратов, действующих на глутаматные рецепторы в различных дозах наиболее выраженные эффекты в частотном составе электрической активности коры головного мозга крыс наблюдались преимущественно в низкои высокочастотных областях спектра.

Выявлена дозозависимость в ЭЭГэффектах НМДА (агонист НМДАрецепторов) и квисквалата и ОБАР (агонисты квисквалатных рецепторов). Эффективность НМДА была на два порядка выше эффективности Ъглутамата.

При дозе 5 нмоль НМДА и квисквалат вызывали усиление ритмов в диапазонах 0.5−3 и 4 Гц и ослаблениев полосе частот 8.2−26 Гц.

Антагонист НМДАрецепторов СРР (1 нмоль) вызывал в ЭЭГ коры усиление колебаний 1.9−5 Гц и ослабление- 8.2−20 Гц. Антагонист квисквалатных рецепторов ОБЕЕ практически не изменял частотный спектр ЭЭГ.

Предварительное введение антагонистов СРР (1 нмоль) и ОБЕЕ (1 мкмоль) устраняло эффекты последующего (через 20 мин) применения НМДА (5 нмоль) и квисквалата (5 нмоль), соответственно.

В условиях системного (подкожного) введения физостигмина и скополамина (ингибитор АХЭ и антагонист холинорецепторов, соответственно) выявлена дозозависимость в их ЭЭГэффектах.

При дозе 1 мг/кг физостигмин вызывал усиление ритмов в диапазонах 1−1.5, 4.3−5.7 и 20.3−26.5 Гц и ослабление в полосе частот 2−2.5 и 6.4−16.4 Гц.

Антагонист МХР скополамин (0.5 мг/кг) в частотном спектре ЭЭГ усиливал колебания частот в диапазоне 1.9−3.6, 7 Гц и ослаблял ритмы- 4, 8 и 12−26 Гц.

Предварительное (за 30 минут) введение скополамина (0.5 мг/кг) снимало эффекты физостигмина (1 мг/кг).

Полученные данные подтверждают участие глутаматергических и холинергических рецепторных механизмов в формировании и/ или модуляции электрической активности коры головного мозга крыс.

Одновременное введение антагониста МХР скополамина (системное) и агониста НМДАрецепторовНМДА (внутрижелудочковое) — модифицировало, но не устраняло эффекты НМДА в частотном спектре ЭЭГ.

Основные эффекты совместного применения скополамина (0.5 мг/кг) и НМДА (5 нмоль) выражались в усилении частотного диапазона 0.5−4.9 Гц и ослаблении полосы частот- 8.2−26.5 Гц. Сравнение результатов этой серии экспериментов с данными, полученными в опыте с совместным использованием физиологического раствора и НМДА выявило, что скополамин усиливал ЭЭГэффекты НМДА в диапазонах частот 0.5−2.5 и 8−16 Гц.

Предварительное (за 20 минут) введение СРР или ОБЕЕ (в латеральный желудочек мозга) модифицировало, но не снимало эффектов физостигмина в частотном спектре ЭЭГ.

ЭЭГэффекты физостигмина (1 мг/кг) при совместном применении с СРР (1 нмоль) выражаются в усилении колебаний 0.5−2, 4−4.9 и 20.3−26.5 Гц и ослаблении частоты 2.5 и диапазона частот 7−16.4 Гц,.

При сравнении результатов экспериментов с совместным введением СРР и физостигмина и физиологического раствора и физостигмина можно отметить, что СРР усиливает ЭЭГэффекты физостигмина в частотных диапазонах 0.5−2 и 7−16 Гц.

ЭЭГэффектами совместного применения физостигмина (1 мг/кг) и ОБЕЕ (1 мкмоль) являются усиления колебаний частот в диапазонах 1−1.5, 4−5.7 и 20.3−26.5 Гц и ослабление в полосе частот 2.5−3 и 8.2−16.4 Гц.

Сравнение результатов этой серии экспериментов с данными, полученными в опыте с совместным использованием физиологического раствора и физостигмина выявляют, что ОБЕЕ ослабляет ЭЭГэффекты физостигмина в следующих диапазонах частот: 1, 4−4.9, 7−10.4 и 20.3−26.5 Гц.

Полученные данные показывают, что при угнетении одной из исследуемых нейромедиаторных систем мозга активность другой системы может как повышаться, так и снижаться. Использование антагониста холинорецепторов скополамина приводило к активации глутаматергической системы. Антагонисты разных подтипов глутаматных рецепторов оказывают противоположное действие на активность холинорецептора за исключением тетаритма.

Угнетение тетаритма антагонистами глутаматных рецепторов и активация антагонистами холинорецепторов является специфическим проявлением эффектов антагонистов разных нейромедиаторных систем.

В целом, можно сделать заключение, что электроэнцефалограмма предоставляет возможность неинвазивного (при экспериментах на человеке) исследования динамических аспектов взаимодействия нейромедиаторных систем и является адекватным и эффективным методом для оценки участия нейрохимических систем мозга в механизмах действия фармакологических препаратов.