CC BY
238
© Е. И. Тюлькова, л. А. Ватаева, М. О. Самойлов, В. А. Отеллин
УРАН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН, Санкт-Петербург
механизмы формирования реакций мозга на действие гипобарической гипоксии в различные сроки пренатального периода развития у крыс
УДК: 618.33-008.922.1-001.83:612.82]-092.9
■ В работе представлен обзор литературы и собственные данные, полученные на крысах линии Вистар, позволившие определить периоды перенатального онтогенеза, в течение которых гипоксия оказывает наиболее значительное влияние на развитие организма. Изучали поведенческие нарушения, внутриклеточные регуляторные механизмы мозга, изменения экспрессии продуктов генов антиоксидантов, системы перикисного окисления липидов; чувствительность глутаматных рецепторов.
■ Ключевые слова: пренатальная гипобарическая гипоксия; мозг; поведение; обучение; фосфоинозитиды; кальций; метаботропные глутаматные рецепторы; перекисное окисление липидов; антиоксиданты.
Гипоксия плода является одним из самых часто встречающихся осложнений при беременности и родах. Многие последствия перинатальной гипоксии являются необратимыми, могут прослеживаться в течение длительного времени или со значительной задержкой после воздействия. Пренатальная гипоксия оказывает крайне неблагоприятное влияние на физическое, эмоциональное и когнитивное развитие ребенка и может являться причиной возникновения различных нарушений и патологических состояний. Воздействие гипоксии в перинатальном онтогенезе значительно повышает риск возникновения психических и нейродегенеративных заболеваний на более поздних этапах развития [10, 28]. Причины гипоксии плода различны: вредные привычки (курение) и заболевания беременной женщины (анемия, сердечно-сосудистые заболевания, сахарный диабет и т. д.), нарушения плодно-плацентарного потока, заболевания плода (резус-конфликт, инфицирование плода), а также неблагоприятные воздействия окружающей среды [23, 43]. Диагностика и лечение последствий пренатальной гипоксии сопряжены с определенными сложностями, что обусловлено рядом факторов. Прежде всего, можно отметить недостаточное понимание механизмов влияния гипоксии на развивающийся организм. Эта и многие другие проблемы, связанные с действием гипоксии в раннем онтогенезе, требуют особого внимания и являются предметом изучения в специально проводимых экспериментах на животных.
За последние годы появилось немало обзоров, в которых подробно анализируются нарушения нормальной деятельности мозга человека и животных, подвергавшихся действию гипоксии после достижения ими взрослого состояния. Установлено, что в условиях недостатка кислорода первым страдают нейроны, потребность которых в энергетическом обеспечении выше, чем всех других клеток организма. Гипоксическая экспозиция приводит к развитию ацидоза, окислительного стресса, повышению активности возбуждающей глутаматной системы. Наблюдается также активация эндогенных фосфолипаз и распад мембранных фосфолипидов, увеличение текучести мембран и их проницаемости, вследствие чего клетка теряет ионы К+ и перегружается ионами Са2+ [11, 40, 43]. Следует, однако, отметить, что многие исследователи выступают против прямого переноса данных, полученных при изучении мозга взрослых животных, для объяснения разрушающего влияния гипоксии на развивающийся мозг. Одна из причин заключается в том, что гипоксия опосредует свое влияние на плод через организм матери и плаценту. При остром недостатке кислорода запускается целый каскад эффектов, включающих в себя выброс большого количества стрессовых гормонов в кровь матери и структурно-функциональные изменения в материнской и фетальной частей плаценты. Нельзя не учитывать
также определенных различий в механизмах адаптации к гипоксии у взрослых и незрелых животных. Так, например, известно, что согласно представлениям о норме для взрослых плод в матке находится в условиях глубокой гипоксии. Считается, что плод не страдает от недостатка кислорода потому, что его потребности гораздо ниже, чем у взрослого, а гемоглобин плода обладает более высоким сродством к кислороду. Наряду с этим высказывается предположение, что внутриутробная гипоксия является необходимым условием развития организма [2]. В пользу этого предположения свидетельствуют данные, показавшие, что гипоксия способствует усилению пролиферации и накоплению прогениторных клеток в условиях культуры [36].
Эффекты пренатальной гипоксии не всегда соответствуют степени ее тяжести. Для развития организма первостепенное значение имеют сроки онтогенеза, в которые произошла экспозиция гипоксии. В течение перинатального и раннего постнатального онтогенеза выделяют несколько критических периодов, когда организм становится особенно восприимчивым к неблагоприятным внешним воздействиям [8, 34]. Нарушения, обусловленные действием повреждающих факторов во время раннего онтогенеза, могут приводить к возникновению не только грубых дефектов развития (врожденные аномалии — уродства), но и различных функциональных расстройств в деятельности клеток, органов и систем всего организма. При действии повреждающих факторов в ранние сроки, в период активного органогенеза, может происходить рассасывание плодов или их гибель, увеличение частоты хромосомных аберраций в клетках тканей организма, а также появление таких пороков развития, как анэнцефалия, ацефалия, анофтальмия, заячья пасть, фокомелия, амелия, атрезия ротового отверстия и др. [2, 14, 12, 19, 49, 55, 57]. Появление функциональных нарушений связывают с более поздними сроками перинатального онтогенеза [2, 16, 9, 5, 18, 19, 49, 55, 25, 41].
В течение ряда лет в двух лабораториях Института физиологии им. И. П. Павлова (лаборатория онтогенеза нервной системы и лаборатория регуляции функций нейронов мозга) интенсивно проводятся исследования по изучению развития потомков крыс, подвергавшихся воздействию ги-побарической гипоксии в различные сроки беременности. В этих исследованиях беременных самок линии Вистар подвергали экспозиции тяжелой гипобарической гипоксии (соответствующей подъему на высоту 11 км над уровнем моря) в первой или второй половине периода основного органогенеза или в период раннего гистогенеза. Оценивались ближайшие и отдаленные последствия пренатальной гипоксии.
В течение первых дней жизни не было обнаружено достоверных различий между показателями соматического и сенсомоторного развития потомков крыс, подвергавшихся воздействию тяжелой гипобарической гипоксии трижды в течение 3 часов на 11-13-е (1-я экспериментальная группа), 14-16-е (2-я экспериментальная группа) или 1820-е (3-я экспериментальная группа) сутки беременности. Это позволило усреднить полученные данные по всем трем экспериментальным группам. Показано, что масса тела экспериментальных крысят на 3-е сутки жизни в среднем была на 20-25 % меньше, чем у контрольных животных. Различия в массе сохранялись и в более позднем возрасте. По сравнению с контролем у экспериментальных животных выделение ушных раковин, разделение пальцев, появление шерсти, резцов, сосков у самок и прозрение происходило с отставанием на 1-2 дня. Полученные данные показывают, что соматическое развитие крысят, матери которых подвергались воздействию тяжелой гипобарической гипоксии в различные сроки перинатального онтогенеза, в значительной мере замедлено.
Анализ динамики развития сенсомоторных характеристик, однако, не выявил столь однозначных результатов. Так, характер проявления сгибания (флексии) пальцев передних конечностей и экстензии задних конечностей, формирующихся в первые дни жизни, не отличался от наблюдаемого у контрольных животных. Было показано также, что возрастная динамика выполнения переворачивания на горизонтальной поверхности, выявленная у животных экспериментальной и контрольной групп, практически совпадала. Несколько иные результаты были получены при исследовании поведения крысят в тестах «избегания наклонной плоскости (негативный геотропизм)» и «избегания края (обрыва) плоскости». В тесте «избегания наклонной плоскости (негативный геотропизм)» крысят сажали на наклонную шершавую поверхность головой вниз. Угол наклона плоскости составлял 20°, 30° или 40°. Регистрировали угол и время поворота животных, стремившихся занять нормальное положение головой вверх. У контрольных 3-суточных крысят при наклоне плоскости 20° и 30° угол поворота головы и тела животных в среднем составлял 36,6 ± 5,6°. Сходные результаты были получены и при тестировании 3-суточных экспериментальных крысят. При тестировании на плоскости с наклоном 40° показатели у экспериментальных 3-суточных крысят были достоверно ниже, чем у контроля при р < 0,05. В возрасте 7 суток различия между контрольными и экспериментальными крысятами в большей степени проявились в тестах, в которых наклон плоскости составлял 20° и 30°. Так, у 7-суточных экспериментальных крысят
угол поворота при 20°, 30° и 40° был соответственно на 43 %, 32 % и 25 % меньше, чем у контрольных животных. Выявить достоверные различия в поведении контрольных и экспериментальных 9-суточных крысят в тесте «избегания наклонной плоскости (негативный геотропизм)» не удалось.
Различий в поведении 3-суточных контрольных и экспериментальных крысят в тесте «избегания края (обрыва) плоскости» обнаружено не было. Контрольные 7-суточные крысята, помещенные на край приподнятой поверхности, разворачивали голову и туловище в среднем на 105,4 ± 11,6°, стремясь занять безопасное положение. Время поворота на 45°, 90° и 180° у них составляло соответственно 25,3 ± 2,3, 41,4 ± 2,7 и 51,1 ± 2,9 с. Экспериментальные 7-суточные крысята в этом тесте в среднем поворачивались на 58,2 ± 6,8° (достоверность различий с контролем при р < 0,001), при этом время поворота на 45°, 90° и 180° было следующим — 32,8 ± 1,9, 50,4 ± 2,4 и 57,7 ± 3,0 с. В возрасте 9 суток контрольные крысята поворачивались в среднем на 164.0 ± 10.6°, затрачивая на поворот на 45°, 90° и 180° соответственно 9,0 ± 1,0, 13,0 ± 1,1 и 19,0 ± 1,3 с. У 9-суточных экспериментальных крысят угол поворота составлял 138,0 ± 9,1° (достоверность различий с контролем при р < 0,05). При этом экспериментальные 9-суточные крысята поворачивались значительно медленнее, чем контрольные животные того же возраста. Время поворота на 45°, 90° и 180° составляло у них, соответственно, 22,0 ± 2,3, 27,0 ± 2,7 и 40,0 ± 3,8 с (достоверность различий с контролем для всех сравнений при р < 0,05).
Таким образом, обусловленные действием гипоксии нарушения сенсомоторных реакций обнаруживаются не сразу после рождения крысят, а лишь на второй неделе жизни. Важно отметить, что нарушения проявляются в увеличении времени реакции. Показано также, что в тесте «избегания края (обрыва) плоскости» признаки дефектов развития, вызванные воздействием гипоксии в различные сроки перинатального онтогенеза, обнаруживаются существенно дольше (более 9 дней), чем в тесте «избегания наклонной плоскости (негативный геотропизм)».
Исследования последних лет представили большое количество доказательств возможности выработки условных рефлексов на запаховые раздражители у незрелорождающихся млекопитающих уже в первые часы и дни жизни [7, 42]. Представляло интерес выяснить, меняется ли в течение первых дней жизни способность к выработке и сохранению этих рефлексов под влиянием пренатальных воздействий тяжелой гипоксии. Были проведены опыты, в которых крысятам (интактным и подвергавшимся воздействию пренатальной гипоксии) в возрасте 7-12
суток предъявлялся обонятельный раздражитель (запах мяты). Известно, что у крысят в течение второй недели жизни формируется условная реакция на присутствующие в гнезде запахи в результате положительного подкрепления, связанного, например, с воздействием таких факторов, как тепло, груминг и кормление крысят самкой, а также контакт с сиб-сами [39]. В возрасте 13 суток тестировали реакцию крысят на предпочтение запаха мяты. Крысят помещали в обычно используемую для этих целей стандартную плексигласовую камеру с перфорированным полом, разделенным нейтральной полосой шириной 2 см на два отсека. Один — с обычными чистыми опилками под полом, другой — с опилками, смоченными мятным экстрактом. Было показано, что 13-суточные контрольные крысята в основном отличались индифферентной реакцией на запах мяты — они проводили в отсеке с запахом мяты в среднем 47,7 % времени тестирования. Присутствие в жилой клетке запаха мяты в течение второй недели жизни привело к изменению у 13-суточных интакт-ных (не подвергавшихся воздействию пренаталь-ной гипоксии) крысят исходно индифферентной реакции на него на положительную. В этой группе время нахождения в отсеке с запахом мяты составляло в среднем 64,9 %, что достоверно отличалось от контроля при р < 0,001. Крысята, подвергавшиеся воздействию гипоксии, на 14-16-е и 18-20-е сутки гестации, так же как и контрольные крысята, проявляли индифферентную реакцию на предъявляемый им запах мяты. Важно также отметить, что воздействие тяжелой пренатальной гипоксии было связано с нарушениями способности к обучению в течение второй недели жизни в равной мере, как у самцов, так и у самок.
Несколько иные результаты были получены при исследовании влияния пренатальной гипоксии на обучение взрослых самок и самцов крыс. Было изучено влияние тяжелой гипоксии, перенесенной самками в различные сроки беременности, на способность их 1,5-месячного потомства к обучению на примере выработки и воспроизведения услов-норефлекторной реакции пассивного избегания (УРПИ) и навыка пространственного распознавания в водном лабиринте Морриса. Опыты по формированию УРПИ поставлены на животных, рожденных интактными самками и самками, подвергавшимися воздействию тяжелой гипоксии на 11-13-е, 14-16-е или 18-20-е сутки беременности. УРПИ вырабатывали в установке, состоящей из двух камер — большой (50 х 50 см) освещенной и маленькой темной (15 х 15 см) с электрифицированным решетчатым полом. К концу трехдневного периода привыкания, предшествовавшего обучению, у животных всех экспериментальных групп время, проведенное в темной камере, было практически одинаково и со-
ставляло в среднем у самцов 159,3 ± 9,7 с, а у самок 166,3 ± 2,3 с. На 4-й экспериментальный день животных помещали в темную камеру и воздействовали на них током. Тестирование на следующий день показало, что у самцов всех опытных групп время пребывания в темной камере достоверно сократилось. Важно также отметить, что по этому показателю достоверных различий между самцами различных групп выявлено не было — в контрольной группе и группе самцов, подвергшихся воздействию гипоксии на 11-13-е, 14-16-е и 18-20-е сутки гестации, время пребывания в темной камере в среднем снизилось на 30-35 %. При выработке УРПИ у самок, в отличие от самцов, были выявлены межгрупповые различия. При тестировании УРПИ самки, подвергшиеся гипоксии на 14-16-е сутки гестации, обнаружили лучшие показатели обучения, чем контрольные крысы и животные других экспериментальных групп. После воздействия током время пребывания в темной камере у них снизилось в среднем на 71 %, а у контрольных — на 43 % (р < 0,01).
Напротив, у самок, подвергавшихся гипоксии на 11-13-е и 18-20-е сутки гестации, эти показатели были достоверно хуже, чем у контрольных. Более того, самки, подвергавшиеся воздействию гипоксии на 18-20-е сутки гестации, практически не обнаруживали признаков обучения при тестировании их на следующий день после воздействия током. В группе самок, испытавших воздействие гипоксии на 13-е сутки, время пребывания в темной камере снизилось в среднем на 27 % по сравнению с фоном. Сопоставление данных, полученных на самцах и самках, выявило также, что самки после воздействия гипоксии на 16-е сутки гестации по показателям обучения достоверно превосходили самцов, подвергавшихся указанному воздействию в те же сроки (р < 0,01).
Одна из задач проводимых нами исследований состояла в изучении влияния гипоксии, перенесенной самками в различные сроки беременности, на способность их 3-месячного потомства к формированию навыка пространственного распознавания в водном лабиринте Морриса. Для выяснения роли гипотермии как фактора влияющего на способность к обучению данного навыка животными контрольных и экспериментальных групп, их тестирование осуществлялось в условиях двух температурных режимов — при низкой и относительно высокой, «комфортной» температуре воды. Лабиринт представлял собой бассейн диаметром 2 м и глубиной 0,7 м. В воде, заполнявшей бассейн, разводили мел, в результате чего она теряла прозрачность. Ежедневно в течение 4 дней проводилось четырехкратное (с интервалом в 60 с) тестирование крыс. При тестировании животные последовательно в определенном порядке помещались в один из четырех секторов лабиринта. При этом местопо-
ложение скрытой под водой платформы (диаметр 15 см) оставалось постоянным. Оно менялось лишь при переходе от тестирования одного животного к другому. Если крыса, помещенная в лабиринт, в течение 60 с не находила платформу, ее принудительно помещали на нее. Время пребывания на платформе составляло 20 с. В первой серии экспериментов (эксперимент 1) лабиринт заполнялся водой, температура которой составляла 23-24 °С, во второй (эксперимент 2) — 16-17 °С. Опыты поставлены на самцах и самках белых крыс линии Вистар в возрасте от 90 до 95 суток. Животные были рождены интактными самками и самками, подвергавшимися воздействию гипоксии на 11-13-е, 14-16-е или 18-20-е сутки беременности. Гипоксию создавали, помещая беременных самок в барокамеру проточного типа, в которой в течение 3 часов поддерживали давление 160-180 мм рт. ст., соответствующее подъему на высоту 11 000 м. Крысят отлучали от кормившей их самки в возрасте 30 дней. В течение всего периода проведения экспериментов крыс содержали при режиме свет/темнота 12 : 12 ч, при температуре 21-22 °С и при постоянном доступе к воде и пище.
Эксперимент 1. При тестировании контрольных и экспериментальных крыс в лабиринте Морриса при температуре воды 23-24 °С были получены следующие результаты. Во всех группах время, затрачиваемое животными на поиск и локализацию платформы, от опыта к опыту заметно сокращается. В контрольной группе этот показатель в первый день тестирования в среднем составлял 56 ± 6,0 с, в последний день тестирования — 14,2 ± 2,0 с. У самцов, подвергавшихся гипоксии на 11-13-й сутки геста-ции, динамика этого показателя на протяжении всех опытных дней практически не отличается от контроля. Напротив, у самцов, испытавших действие гипоксии на 14-16-й сутки гестации, сокращение латентного периода достижения платформы происходило значительно медленнее, чем у контрольных. Самцы этой группы в течение 2-го, 3-го и 4-го дней тестирования затрачивали на поиски платформы в среднем на 12-23 с больше, чем контрольные самцы. Самцы, подвергавшиеся воздействию гипоксии на 18-20-е сутки гестации, характеризовались повышенным по отношению к контролю латентным периодом лишь на 4-й, последний день тестирования. В отличие от самцов, у самок при тестировании их при температуре воды 23-24 °С достоверных различий в величине латентных периодов, определенных для животных контрольной и трех экспериментальных групп в первые 4 дня тестирования, выявлено не было.
Эксперимент 2. При проведении данной серии экспериментов также было обнаружено практически полное совпадение динамики латентного периода достижения платформы в группе контрольных и экспериментальных самцов, испытавших воздей-
ствие гипоксии на 11-13-е сутки гестации. У самцов, испытавших воздействие гипоксии на 14-16-е сутки гестации, латентный период на 2-й, 3-й и 4-й дни тестирования была достоверно ниже, чем у контроля (в среднем на 8-14 с). У самцов, подвергшихся воздействию гипоксии на 18-20-е сутки гестации, сниженный по отношению к контролю латентный период был выявлен лишь на 2-й день тестирования (в среднем разница составляла 20 с). В этой серии экспериментов, также как и в первой, у самок, воздействию гипоксии в различные сроки гестации, латентный период достижения платформы достоверно не отличался от такового у контрольных животных. Таким образом, показано, что при обучении крыс в водном лабиринте Морриса долгосрочные последствия пренатальной гипоксии обнаруживаются лишь у самцов. Выявляемые изменения зависят от срока воздействия гипоксии. В этих опытах была обнаружена еще одна важная особенность: направленность вызываемых пренатальной гипоксией изменений характера обучения по-разному проявляется в зависимости от условий тестирования. В более жестких условиях (в наших опытах при температуре воды 16-17 °С) пренатальное гипоксическое воздействие проявляется в улучшении показателей обучения, в более комфортных условиях (при температуре воды 23-24 °С) — в худшении.
Результаты проведенного исследования подтвердили клинические наблюдения, что основным проявлением пренатальной гипоксии является задержка роста и развития. Нами было установлено, что данный эффект пренатальной гипоксии не зависит от сроков ее воздействия. Наряду с этим нами были получены данные, свидетельствующие о том, что отдаленные последствия гипоксии у крыс более выражены, если ее воздействие приходится на возрастной интервал, включающий период позднего органогенеза и период гистогенеза. Показано также, что общая направленность изменений в поведении носит различный характер, в зависимости от того, когда осуществлялось воздействие гипоксии — в первой или во второй половине последней недели перинатального периода развития.
Наблюдаемые нами нарушения функционального развития, несомненно, являются следствием перестроек, вызванных действием пренатальной ги-побарической гипоксии на молекулярно-клеточном уровне. Большой интерес представляют данные о вовлечении процессов внутриклеточной сигнальной трансдукции в механизмы реакций, индуцируемых пренатальным воздействием тяжелой ги-побарической гипоксии. Сведения по указанным вопросам малочисленны, что побудило нас к проведению исследований в этом направлении с использованием комплекса молекулярно-клеточных и биохимических методик.
Известно, что одно из ключевых мест в регуляции многих сторон деятельности нервных клеток принадлежит фосфоинозитидной и кальциевой регуляторным системам [1, 11]. В период развития эти системы играют важную роль в процессах, определяющих пролиферацию, миграцию и диф-ференцировку клеток мозга [24, 31]. Результаты ранее выполненных нами исследований, а также данные литературы свидетельствуют, что в опосредовании эффектов гипоксии на мозг важная роль принадлежит внутриклеточным регуляторным системам [11, 29]. Показано, в частности, что одним из последствий воздействия гипоксии являются стойкие модификации фосфоизитидной системы, которая, как известно, участвует в регуляции метаболизма и функциональной активности нервных клеток [33, 47, 48].
Нами было проведено изучение уровня содержания полифосфоинозитидов (ПФИ) (фосфатидилинозитол-5-фосфатов и фосфатидил-4,5-дифосфатов) в коре головного мозга крыс в возрасте 15 и 90 суток, а также динамики фосфо-инозитивного ответа, сопряженного с глутаматер-гической сигнальной трансдукцией в мозге потомков крыс, перенесших воздействие гипоксии в различные сроки беременности.
Тяжелая гипоксия, предъявляемая на 14-16-е сутки гестации, приводит к повышению уровня содержания ПФИ в мозге 15-суточных крысят, который сохраняется повышенным и у взрослых (90-суточных) животных (рис. 1, А). Эти результаты подтверждают представление об активации в этот период ПФИ-зависимых процессов миелини-зации, пролиферации и дифференцировки клеток мозга [35, 54]. Тяжелая гипоксия, перенесенная крысами на 18-20-е сутки гестации, увеличивает содержание ПФИ мозга только в первые недели после рождения. Эти результаты согласуются с данными, полученными нами в поведенческих экспериментах с обучением потомков крыс, перенесших гипоксию в период гестации [9]. Было показано, что при обучении в водном лабиринте Морриса наиболее выраженные изменения выявлены при обучении самцов крыс, матери которых подвергались воздействию гипоксии именно на 14-16-е сутки беременности. Отмеченные различия в характере обучения определяются условиями опыта. В «жестких» стрессовых условиях (при температуре воды в лабиринте 16-17 °С) воздействие гипоксии в период гестации приводит к улучшению показателей обучения относительно контроля, а в более благоприятных условиях (при температуре воды 23-24 °С) — к ухудшению. Как показали наши ранние исследования на переживающих срезах мозга, перенесших краткосрочную аноксию и последующую реоксигенацию, повы-
ИТФИ □ МФИ
0 крысята И взрослые
А Кон. 15-сут. 15-сут Кон. взр. Взрослые
14-16 18-20 14-16 18-20 сутки гестации
ТФИ 100 128,6 115 100 114,3 104
МФИ 100 104,1 97,9 100 99,5 98
7,2 7,86 7,15 4,7 5,72 6
11,6 15,5 9,42 7,5 6,3 8
Б г+глу г+глу.
к+глу 14-16 сут. 18-20 сут.
крысята 181 367 129
взрослые 99 158 110
7,7 25,5 6,8
27,7 0,6 9,5
Рис. 1. А: Изменения уровня содержания ТФИ (фосфатидилинозитол-4,5-дифосфатов) и МФИ (фосфатидилинозитидов) в коре головного мозга 15- и 90-суточных крыс, перенесших тяжелую гипобарическую гипоксию на 14-16-е и 18-20-е сутки пренатального онтогенеза.
1. 15-суточные крысы, контроль (п = 8)
2. 15-суточные крысы, гипоксия на 14-16-е сутки гестации (п = 8)
3. 15-суточные крысы, гипоксия на 18-20-е сутки гестации (п = 8)
4. 90-суточные крысы, контроль (п = 12)
5. 90-суточные крысы, гипоксия на 14-16-е сутки гестации (п = 12)
6. 90-суточные крысы, гипоксия на 18-20 сутки гестации (п = 12)
* — достоверные отличия от контроля (р < 0,05)
Б. Изменение уровня инозитфосфатов в переживающих срезах мозга крыс в ответ на аппликацию глутамата (50 мкМ) на переживающие срезы мозга крыс.
1. Контрольные животные (п = 8)
2. Животные, подвергавшиеся действию пренатальной гипобарической гипоксии на 14-16-е сутки пренатального онтогенеза (п = 8);
3. Животные, подвергавшиеся воздействию пренатальной гипоксии на 18-20-е сутки пренатального онтогенеза (п = 8). Мелкая штриховка — 15-суточные крысята.
Крупная штриховка — 90-суточные взрослые крысы.
* — достоверные отличия от контроля (р < 0,05).
шение метаболизма ПФИ связано с повышением толерантности мозга к дальнейшим тяжелым гипоксическим воздействиям [1, 15]. Согласно современным представлениям, нарушения метаболизма ПФИ могут приводить к различным ней-родегенеративным заболеваниям, в т. ч. синдрому Дауна, болезни Альцгеймера [27, 43, 53], причем увеличение внутриклеточного уровня ПФИ, ин-гибирующего токсическое действие амилоидного пептида Ар42, может быть использовано для лечения этих болезней [46].
Известно, что у неонатальных и ювенильных крыс отмечается повышенный уровень метабо-
лизма фосфоинозитидов мозга по сравнению со взрослыми животными [37]. Показано также, что глутаматергическая сигнальная трансдукция опосредуется через гидролиз фосфоинозитидов только в неонатальном периоде [24, 31, 52]. В позднем постнатальном периоде у взрослых животных связь внутриклеточной глутаматергической сигнальной системы с гидролизом фосфоинозитидов в норме не выявляется. Вместе с тем при предъявлении различных видов адаптивных воздействий у них проявляется фосфоинозитидный ответ при активации глутаматергической сигнальной транс-дукции [31, 52, 50]. Таким образом, наличие фос-
фоинозитидного ответа на аппликацию глутамата может служить показателем функциональной зрелости фосфоинозитидной регуляторной системы и способности мозга к адаптации к повреждающим воздействиям.
Аппликация глутамата на переживающие срезы обонятельной коры мозга у 15-суточных крысят контрольной группы вызывает значительный фос-фоинозитидный ответ в отличие от срезов взрослых животных (рис. 1, Б). Тяжелая гипоксия, предъявляемая на 14-16-е сутки гестации, приводит к значительному увеличению амплитуды фосфоинозитид-ного ответа на действие глутамата в срезах мозга 15-суточных крысят. При этом фософинозитидный ответ на действие глутамата наблюдался и у взрослых животных, перенесших тяжелую гипоксию на
14-16-е сутки гестации. В то же время после воздействия гипоксии на 18-20-е сутки гестации в коре крысят в возрасте 15 суток постнатальной жизни фосфоинозитидный ответ на глутамат ниже, чем в котрольной группе (уровень инозитфосфатов незначительно превышает базальный), а у взрослых крыс он не отличается от контроля (рис. 1, Б). Ранее сходная сенситизация ПФИ системы была выявлена нами в экспериментах с предъявлением гипок-сического прекондиционирования, повышающего толерантность зрелого мозг к последующему повреждающему гипоксическому воздействию [1, 15]. Оптимальная активация внутриклеточных регуля-торных систем (в том числе кальциевой и фосфои-нозитидной) является первым звеном адаптивных реакций нейронов мозга, которая с одной стороны вызывает кратковременные нейропротективные эффекты, связанные с поддержанием клеточного гомеостаза в условиях повреждающих воздействий, а с другой — запускает геном-зависимые реакции, обеспечивающие долговременную толерантность мозга к повреждающим воздействиям [11].
Как известно, глутамат вызывает гидролиз ПФИ в клетках мозга в результате активации метаботроп-ных глутаматных рецепторов I группы (ImGluR), конститутивная активность которых формируется в пренатальном периоде [24, 31, 50]. Можно предположить, что эти рецепторы вовлечены в формирование и/или постнатальное поддержание нарушений, вызываемых пренатальной гипоксией. В совместных исследованиях с Д. Г. Семеновым было проведено изучение последствий влияния пренатальной гипоксии на функциональное состояние полифосфоинозитидной и кальциевой ре-гуляторных систем крыс двух возрастных групп, путем оценки Са2+ сигнализации, опосредуемой возбуждением ImGluR в переживающих срезах обонятельной коры мозга [3].
Обнаружено, что в срезах мозга контрольных
15- и 90-суточных крыс парная аппликация DHPG
вызывает различные смещения уровня Са-с (Са2+-ответы). В срезах 15-суточных крысят первая аппликация агониста вызывала малое, но достоверное стойкое снижение уровня Са-с, а повторная аппликация — его повышение, превосходящее исходное значение (рис. 2, А (а). В срезах 90-суточных животных оба Са2+-ответа были негативными (рис. 2, Б (а).
У двух таких же возрастных групп животных, подвергнутых пренатальной тяжелой гипоксии на 14-16-е сутки гестации, Са2+-ответы различались между собой и отличались от соответствующих реакций срезов контрольных животных. У экспериментальных 15-суточных крысят в отличие от их контрольных сверстников оба ответа были позитивными (рис. 2, А (б), а с возрастом в начале каждого из них проявлялся кратковременный негативный компонент (рис. 2, Б (б). Таким образом было отмечено, что Са2+-ответы на DHPG представлены очевидно сосуществующими и противоположно направленными сдвигами (снижение и повышение уровня Са-с). Последствия пренатальной гипоксии проявляются в преобладании тенденции связывания Са2+, однако с возрастом и у контрольных и экспериментальных животных сильнее проявляется тенденция к высвобождению Са2+.
Обсуждая возможные причины разнообразия Са2+-ответов в срезах 4-х исследованных нами групп животных, необходимо напомнить, что концентрация внутриклеточного Са2+ в нейронах является гомеостатическим параметром и в физиологических условиях трансмембранный кальциевый обмен регулируется несколькими механизмами. Известно, что специфическая стимуляция ImGluR инициирует различные сигнальные пути, в том числе два основных PLC-зависимых процесса: 1Р3-опосредованное высвобождение Са2+ из эндоплазматического ретикулума и DG/PKC-опосредованная потенциация Са2+-проводящей функции ионотропных глутаматных рецепторов [26, 30, 56]. Оба эти пути могут влиять на уровень цитозольного Са2+ в «постсинаптическом» нейроне различным образом. На нейронах стриа-тума, гиппокампа и коры обнаружена mGluR5-индуцированная потенциация как NMDA, так, видимо, и АМРА рецепторов, которая вызывает усиление входа Са2+ [44, 26, 32]. Вместе с тем, 1Р3-опосредованный путь снижает содержание Са-с, но повышает уровень ионизированного Са2+ в ци-тозоле, создавая условия для Са2+-зависимого торможения активности NMDA каналов [51].
Очевидно в зарегистрированные нами негативные смещения Са-с в ответ на парную аппликацию DHPG (в контроле — первичный ответ у 15 дневных и оба ответа у 90 дневных животных, а в эксперименте — начальные фазы обоих ответов у
А 15-дневные sem sem
контр пренат
time MEAN MEAN
0 0 0 0 0
2 -0,2 0,6 0,1 0,2
7 -0,5 1,5 0,15 0,2
12 -1,1 1,9 0,2 0,2
17 -1,4 1,9 0,15 0,2
22 -1,4 1,8 0,15 0,2
27 -1,4 1,6 0,1 0,2
32 -1,2 1,3 0,15 0,2
37 -0,97 1 0,15 0,2
42 -0,71 0,6 0,15 0,2
44 0,2 1,7 0,3 0,2
49 0,8 2,3 0,3 0,2
54 1,6 2,3 0,3 0,2
59 2,2 2,2 0,3 0,2
64 2,5 1,8 0,2 0,3
69 2,4 1,5 0,2 0,3
74 2,4 0,9 0,2 0,2
79 2,2 0,6 0,2 0,2
84 1,9 0,4 0,2 0,1
Б 90-дневные sem sem
контр пренат
time MEAN MEAN
0 0 0 0 0
2 -0,3 -0,6 0,2 0,1
7 -0,8 -1,9 0,3 0,2
12 -1,5 -1,5 0,2 0,2
17 -1,7 -0,9 0,2 0,2
22 -1,3 -0,25 0,2 0,2
27 -0,6 0,6 0,2 0,2
32 -0,14 1 0,1 0,2
37 0,02 1,5 0,2 0,2
42 0,05 1,8 0,2 0,2
44 -0,5 1,2 0,2 0,2
49 -0,8 0,4 0,3 0,3
54 -1,8 1,4 0,3 0,3
59 -2,3 2,6 0,3 0,4
64 -2,4 3,1 0,3 0,4
69 -2,2 3 0,3 0,4
74 -1,88 2,9 0,3 0,3
79 -1,62 2,8 0,3 0,3
84 -1,4 2,5 0,3 0,3
Рис. 1. А. Кальциевые ответы на двукратную аппликацию DHPG (0-2 мин и 42-44 мин, 100 мкМ) в срезах 15-дневных крыс; контрольных (1) и подвергнутых пренатальной гипобарической гипоксии на 14-16-е сутки гестации (2). Б. Кальциевые ответы на двукратную аппликацию DHPG (0-2 мин и 42-44 мин,100 мкМ) в срезах 90-дневных крыс; контрольных (1) и подвергнутых пренатальной гипобарической гипоксии на 14-16-е сутки гестации (2). Представлена динамика средних значений для каждого измерения (с 5-мин интервалом) +/- стандартная ошибка среднего.
взрослых животных) отражают преобладание 1Р3-опосредованного сигнального пути, приводящего к высвобождению Са2+ из эндоплазматического ретикулума. Позитивные Са2+ — ответы (вторичный ответ у контрольных 15-суточных животных и все ответы экспериментальных животных), указывают на преобладание БО-РКС-опосредованного сигнального пути, характеризующего позитивную модуляцию ионотропных глутаматных рецепторов со стороны ImGluR и приводящей ко входу экстраклеточного Са2+ с последующим его связыванием буферными системами.
Таким образом результирующий эффект стимуляции ImGluRs на Са2+ обмен очевидно опреде-
ляется интерференцией двух основных конститутивных сигнальных путей этих рецепторов. Отмеченные нами возрастные особенности Са2+ — ответов ImGluRs и их длительная трансформация под влиянием пренатальной гипоксии, очевидно могут зависеть от множества факторов. Выяснение конкретных мишеней пренатальной гипоксии в кальциевой и фосфоинозитидной регуляторных системах и динамика развития вызываемых ею модификаций в сигнальных путях является предметом дальнейших исследований.
Модификация кальциевой и фосфоинозитидных систем возможно является следствием повреждения клеточных мембран, индуцированных гипоксией.
Причиной повреждения клеточных мембран является оксидативный стресс. Свободно радикальные процессы обуславливают развитие патологических процессов в клетках, однако, при определенных условиях, они способны инициировать эволюцион-но сложившиеся и генетически детерминированные мобилизующие механизмы приспособительных реакций нервных клеток, направленные на повышение их устойчивости к повреждающему действию неблагоприятных факторов среды.
Особое значение при этом приобретает баланс про- и антиоксидантных систем, наилучшим образом находящий своё отражение в интенсивности процессов перекисного окисления липидов (ПОЛ), которые могут служить маркером изменений в функциональном состоянии клеток ткани, а так же состояния пластичности их мембран [38]. Изменение уровня ПОЛ характерно для многих физиологических реакций. Вместе с тем, выраженные нарушения активности системы ПОЛ вовлекаются в механизмы постстрессорных и ней-родегенеративных патологий [17, 21]. В контексте полученных нами ранее данных возникла необходимость оценить интенсивность окислительных процессов в структурах мозга крыс, перенесших гипоксию в период перинатального онтогенеза. Об активности процессов перекисного окисления судили по содержанию в тканях мозга диеновых и триеновых конъюгантов, продуктов, реагирующих с 2-тиобарбитуровой кислотой (ТБКАП) и оснований Шиффа. Степень окисленности мембран оценивали по коэффициенту Клейна. Определяли уровень ПОЛ в коре и гиппокампе у крыс следующих групп: 1) у интактных 14-суточных и взрослых самцов крыс; 2) у 14-суточных самцов крыс, подвергавшихся воздействию тяжелой гипоксии на 14-16-е и 18-20-е сутки перинатального развития.
Анализ собственных результатов и данных других авторов [6] показал, что процессы ПОЛ у интактных 14-суточных крыс протекают более интенсивно, чем у интактных взрослых животных. Различия в уровне ПОЛ в мозге крыс этих двух возрастных групп в наибольшей степени проявились при определении ТБКАП. Было установлено, что уровень вторичных продуктов ПОЛ в некор-тексе в 4 раза, а в гиппокампе в 7 раз выше у 14-суточных крыс по сравнению с таковым у взрослых животных.
У 14-суточных крыс, подвергавшихся воздействию гипоксии на 14-16-е или на 17-19-е сутки перинатального развития, уровень вторичных продуктов ПОЛ в гиппокампе был выше контрольных значений соотвественно на 25 % (р < 0,05) и 35,5 % (р < 0,05). У животных этих двух экспериментальных групп изменения в уровне ПОЛ в неокортексе были менее выражены.
Таким образом, процесс активации перекисного окисления липидов интенсивно вовлекается в индуцируемые тяжелой пренатальной гипобарической гипоксией механизмы структурно-функциональных перестроек чувствительных образований мозга.
При возникновении гипоксии важную роль в адаптации нейронов мозга к недостатку кислорода играет соотношение активностей про- и антиоксидантных системы. Было проведено исследование влияния пренатальной гипоксии на уровень экспрессии тиоредоксина-1 (Trx-1) в нейронах различных областей гиппокампа у крыс в ранние и в более поздние сроки постнатального онтогенеза [20].
В гиппокампе крысят, перенесших гипоксию в перинатальном периоде (14-16-е сутки), исследовали уровень экспрессии антиоксидантного белка тиоредоксина-1 на 3-и и 14-е сутки после рождения, а также по достижению ими взрослого возраста (80-90-е сутки после рождения). Иммунореактивность к тиоредоксину-1 оценивалась по двум критериям: общему количеству имму-нореактивных к тиоредоксину-1 нейронов и числу интенсивно экспрессирующих его нейронов.
Наибольшие изменения экспрессии тиоредокси-на 1 наблюдаются в области СА1 гиппокампа. Во всех исследованных возрастных группах воздействие пренатальной гипоксии привело к существенному достоверному снижению иммунореактивных к Trx-1 нейронов (74, 79 и 76 % по сравнению с контролем соответственно у 3-, 14- и 90-суточных крыс (р < 0,05). В областях СА2 и СА3 у 3-суточных животных наблюдалась тенденция к снижению числа иммунореактивных к Trx-1 клеток (89 и 84 % соответственно, по сравнению с контролем), с повышением их уровня к 14-м суткам (115 и 127 % соответственно) и некоторому снижению у взрослых животных (на 10-15 %). При этом не наблюдалось изменений экспрессии тиоредоксина 1 по сравнению с контролем в зубчатой извилине, формирование которой происходит в более поздние сроки [34].
Таким образом, пренатальная гипоксия неодинаково влияет на экспрессию тиоредоксина-1 в нейронах разных областей гипокампа. У крыс, переживших гипоксию в пренатальном периоде, в области СА1 гиппокампа экспрессия тиоредокси-на 1 достоверно снижается уже в первые дни после рождения. Предполагается, что тиоредоксин, индуцируемый при окислительном стрессе в период перехода с преимущественно анаэробного на аэробный тип обмена, может играть важную роль в регулировании различных процессов, связанных с жизнедеятельностью клеток мозга. Результаты наших исследований показами, что в столь важ-
ный для развития организма критический период у животных, перенесших пренатальную гипоксию, уровень антиоксидантной защиты мозга может быть снижен. В нейронах области CA1 гиппо-кампа снижение экспрессии тиоредоксина 1 носит долговременный характер, что может являться одним из факторов, детерминирующих выживаемость нейронов этой области при предъявлении экстремальных воздействий [13] как на ранних, так и на поздних стадиях постнатального онтогенеза. Ранее нами было показано, что к 24 часам после прекондиционирующей умеренной гипоба-рической гипоксии, повышающей толерантность зрелого мозга к действию последующей тяжелой гипоксии, экспрессия тиоредоксина 1 достоверно снижена во всех областях гиппокампа [4].
Несколько иначе реагировали на пренаталь-ную гипоксию нейроны CA2 и CA3. В этих областях было обнаружено снижение экспрессии тиоредоксина-1 сразу после рождения и ее повышение на 14-е сутки. Можно предположить, что повышенный уровень экспрессии тиоредоксина-1 в период интенсивного роста организма является проявлением компенсаторных реакций, действие которых может быть выявлено лишь в отдельных структурах мозга крыс. Компенсаторные изменения сопровождаются формированием особого соотношения между про- и антиоксидантными системами в мозге животных, подвергавшихся воздействию пренатальной гипоксии.
Таким образом, выявлены механизмы участия внутриклеточной сигнальной системы (кальциевой и фосфоинозитидной), глутаматергической сигнальной трансдукции, про- и антиоксидантных ситем в формировании реакций мозга на воздействие тяжелой гипербарической гипоксии на различных этапах перинатального онтогенеза крысы. Последствия пренатальной гипоксии, проявляющиеся в соответствующих изменениях функциональной активности сигнальных систем, обнаруживаются уже на самых ранних стадиях постнатального развития и сохраняются во взрослом состоянии. Вызываемая действием гипоксии модификация активности молекуряно-клеточных процессов сопровождается изменениями в формировании поведения и способности к обучению. Причем эти изменения могут носить как патологический, так и адаптивный характер. Уровень активности фосфои-нозитидной внутриклеточной регуляторной системы, а также соотношение про- и антиоксидантных систем в мозге крыс, перенесших пренатальную гипоксию на 14-16-е сутки гестации, соответсвуют их состоянию после действия умеренной прекон-диционирующей гипоксси у взрослых животных, являющейся протектирующей к действиям различным патологическим воздействиям.
Полученные в ходе работы данные представляют существенный интерес для раскрытия механизмов приспособления развивающегося организма к неблагоприятным воздействиям, а также для разработки путей повышения общей резистентности организма.
Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ № 08-04-00655, 10-04-00234.
Литература
1. Адаптивные эффекты гипоксического прекондициони-рования нейронов мозга / Самойлов М. О. [и др.] // Российский физиологический журнал. — 2001. — Т. 87. — С. 714-729.
2. Аршавский И. А. Физиологические механизмы и закономерности индивидуального развития. — М.: Наука, 1982. — 270 с.
3. Влияние пренатальной гипобарической гипоксии на активность внутриклеточных регуляторных систем мозга крыс / Тюлькова Е. И [и др.] // Гипоксическое, ишемическое пре-кондиционирование мозга: сб. тр. Российско-Польского симпозиума в рамках дней Польской науки в России. — СПб., 2008. — С. 97-101.
4. Влияние умеренной гипобарической гипоксии на уровень экспрессии тиоредоксина-1 в гиппокампе крыс / Строев С. А. [и др.] // Морфология. — 2008. — № 1. — С. 20-24.
5. Дубровская Н. М., Журавин И. А. Онтогенетические особенности поведения крыс, перенесших гипоксию на 14-е или 18-е сутки эмбриогенеза // Журнал высшей нервной деятельности им. И. П. Павлова. — 2008. — Т. 58, № 6. — С. 718-727.
6. Изменения перекисного окисления липидов и антиокси-дантной системы головного мозга крыс в ходе раннего постнатального онтогенеза / Галкина О. В. [и др.] // Нейро-химия. — 2009. — Т. 26, № 2. — С. 111-116.
7. Кассиль В. Г., Гулина Л. К. Изменения сигнального значения запаховых раздражителей при сочетании их с отрицательными воздействиями на организм у щенков раннего возраста // Физиологический журнал. — 1987. — Т. 73, № 2. — С. 246-253
8. Критические периоды развития головного мозга / Кассиль В. Г. [и др.] // Российский физиологический журнал. — 2000. — Т. 86, № 11. — С. 1129-1136.
9. Обучение в водном лабиринте Морриса самок и самцов крыс, подвергавшихся действию гипоксии в различные сроки пренатального периода развития / Ватаева Е. И. [и др.] // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. — 2005. — Т. 41. — С. 532-535.
10. Пальчик А. Б., Шабалов Н. П. Гипоксически-ишемическая энцефалопатия новорожденных. — СПб.: ПИТЕР, 2001. — 224 с.
11. Самойлов М. О. Мозг и адаптация (молекулярно-клеточные механизмы). — СПб., 1999. — 271 с.
12. Светлов П. Г. Некоторые закономерности в онтогенезе и их отношение к проблеме охраны антенатального периода жизни // Вестник АМН. — 1966. — № 6. — С. 26-34.
13. Строев С. А., СамойловМ. О. Эндогенные антиоксиданты и ги-поксическая толерантность мозга. — СПб., 2006. — 145 с.
14. Трансгенерационные эффекты антенатальной острой гипоксии периода раннего органогенеза / Дунаева Т. Ю. [и др.] // БЭБМ. — 2008. — Т. 146, № 10. — С. 364-366.
15. Тюлькова Е. И. Семенов Д. Г., Самойлов М. О. Участие кальциевой и фосфоинозитидной систем внутриклеточной регуляции в адаптации нейронов срезов мозга к гипоксии in vitro // БЭБМ. — 1998. — Т. 125. — С. 259-263.
16. Условнорефлекторная реакция пассивного избегания у самок и самцов крыс, подвергшихся воздействию гипоксии в различные сроки пренатального периода развития / Ватаева Л. А. [и др.] // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. — 2004. — Т. 40, № 3. — С. 250-253.
17. Флеров М. А., Герасимова И. А. Перекисное окисление ли-пидов некоторых отделов головного мозга в развитии постстрессорных депрессивных состояний у крыс с разной стратегией адаптивного поведения // Нейрохимия. —
2006. — Т. 23. — С. 307-312.
18. Формирование структурной и ультраструктурной организации стриатума в постнатальном онтогенезе крыс при изменении условий их эмбрионального развития / Жу-равин И. А. [и др.] // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. — 2007. — Т. 43. — С. 194-203.
19. ХожайЛ. И. Клеточные и тканевые реакции развивающегося головного мозга млекопитающих на воздействие неблагоприятных факторов среды: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. — М., 2008
20. 3-time pre-natal (14-16 days) hypoxia modifies the expression of thioredoxin-1 in neurons of CA1, CA2 and CA3 hippocampal areas of rats in postnatal ontogenesis / Stroev S. A. [et al.] // Journal of Neurochemistry. — 2009. — Vol. 110, Suppl. 1. — P. 25. — (4th ESN Conference on Advances in Molecular Mechanisms of Neurological Disorders: abstract of report, July 11-14, 2009, Leipzig. Germany.)
21. Adibhatla R. M, Hatcher J. F. Role of Lipids in Brain Injury and Diseases // Future Lipidol. — 2007. — Vol. 2, № 4. — P. 403-422.
22. Agonist-independent activity of metabotropic glutamate receptors by the intracellular protein Homer / Ango F [et al.] // Nature. — 2001. — Vol. 411. — P. 962-965.
23. Arbeille Ph., Maulik D., Laurini R. Fetal Hypoxia. — N. Y., 1999. —145 p.
24. Balduini W., Candura S. M., Costa L. G. Regional development of carbachol-, glutamate-, norepinephrine-, and serotonin-stimulated phosphoinositide metabolism in rat brain // Brain Res. Dev. Brain Res. — 1991. — Vol. 62. — P. 115-120.
25. Behavioral alteration in the adult rats prenatally exposed to para-chlorophenylalanine / Vataeva L. A. [et al.] // Brain Res. —
2007. — Vol. 1169. — P. 9-16.
26. BenquetP., Gee C., Gerber U. Two distinct signaling pathways up-regulate NMDA receptor responses via two distinct metabotropic glutamate receptor subtypes // J. Neurosci. — 2002. — Vol. 22. — P. 9679-9686.
27. Berridge M. J., Downes C. P., Hanley M. R. Neural and developmental actions of lithium: a unifying hypothesis // Cell. — 1989. — Vol. 59. — P. 411-419
28. Boksa P. Animal models of obstetric complications in relation to schizophrenia // Brain Res. Rev. — 2004. — Vol. 45. — P. 1-17.
29. Chen J., Simon R. Ischemic tolerance in the brain // Neurology. — 1997. — Vol. 48. — P. 306-311.
30. Conn P., Pin J. Pharmacology and function of metabotropic glutamate receptors // Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. — 1997. — Vol. 37. — P. 205-237.
31. Costa L. G. Signal transduction mechanisms in developmental neurotoxicity: the phosphoinositide pathway // Neurotoxicol-ogy. — 1994. — Vol. 15. — P. 19-27.
32. Co-stimulation of mGluR5 and N-methyl-D-aspartate receptors is required for potentiation of excitatory synaptic transmission in hippocampal neurons / Kotecha S. [et al.] // J. Biol. Chem. — 2003. — Vol. 278. — P. 27742-27749.
33. Eichberg J., Dawson R. M. C. Phosphoinositides in myelin // Bio-chem. J. — 1965. — Vol. 96. — P. 644-650.
34. Golan H., Huleihel M. The effect of prenatal hypoxiaon brain development short- and long-term consequences demonstrate in rodent models // Developmental Sci. — 2006. — Vol. 9. — P. 338-349.
35. GonzalesM. L., AndersonR. A. Nuclear phosphoinositide kinases and inositol phospholipids // J. of Cellular Biochemistry. — 2006. — Vol. 97. — P. 252-260.
36. Hypoxia-driven proliferation of embryonic neural stem /pro-genitor cells — role of hypoxia-inducible transcription factor-1a / Zhao T. [et al.] // FEBS Journal. — 2008. Vol. 275. — P. 1824-1834
37. In vitro aluminum inhibition of brain phosphoinositide metabolism: comparison of neonatal and adult rats / Mun-dy W. R. [et al.] // Neurotoxicology. — 1995. — Vol. 16. — P. 35-44.
38. Kishida K. T., Klann E. Soures and targets of reactive oxygen species in synaptic plasticity and memory // Antioxid. Redox Signal. — 2007. — Vol. 9. — P. 233-244.
39. Leon M., Moltz H. Maternal pheromone: discrimination by pre-weanling albino rats // Physiol. Behav. — 1971. — Vol. 7, N 2. — P. 265-267.
40. LiptonP. Ischemic cell death in brain neurons // Physiol. Rev. — 1999. — Vol. 79. — P. 1431-1568.
41. Maternal para-chlorophenylalanine exposure modifies central monoamines and behaviors in the adult offspring / Vataeva L. A. [et al.] // Brain Res. — 2008. — Vol. 1234. — P. 1-7.
42. McCollum J. F., Woo C. C., LeonM. Granule and mitral cell densities are unchanged following early olfactory preference training // Dev. Brain Res. — 1997. — Vol. 99, N 1. — P. 118-120.
43. McCreaH. J., De CamilliP. Mutations in phosphoinositide metabolizing enzymes and human disease // Physiology. — 2009. — Vol. 24, N 1. — P. 8-16.
44. Metabotropic glutamate receptors modify ionotropic glutamate responses in neocortical pyramidal cells and interneurons / Bandrowski A. [et al.] // Exp. Brain Res. — 2001. — Vol. 136. — P.25-40.
45. Nyakas C., BuwaldaB., LuitenP. D. M. Hypoxia and brain development // Progr. Neurobiol. — 1996. — Vol. 49, N 1. — P. 1-51.
46. Oligomeric amiloid-beta peptide disrupts phosphatidyinositol-4,5-bisphosphate metabolism / Berman D. E. [et al.] // Nat. Neurosci. — 2008. — Vol. 11. — P. 547-554.
47. O'Neill C. Phosphatidylinositol 3-kinase signaling in mammalian preimplantation embryo development // Reproduction. — 2008. — Vol. 136. — P. 147-156.
48. O'Neill C. The potential roles for embryotrophic ligands in preimplantation embryo development // Hum. Reprod. Update. — 2008. — Vol. 14. — P. 275-288.
49. Petry C. J., Hales C. N. Long-term effects on offspring of intrauterine exposure to deficits in nutrition // Hum. Reprod. Update. — 2000. — Vol. 6. — P. 578-586.
50. Rhodes P. G., Cai Z. Intrauterine hypoxia-ischemia reduces phos-phoinositide hydrolysis stimulated by metabotropic glutamate receptor agonists in cultured rat cerebellar granule cells // Brain Res. Dev. Brain Res. — 1996. — Vol. 93. — P. 129-135.
51. Rosenmund C., Feltz A., Westbrook G. L. Synaptic NMDA receptor channels have a low open probability // J. Neurosci. — 1995. — Vol. 5. — P. 2788-2795.
52. Stimulatory effects of the putative metabotropic glutamate receptor antagonist L-AP3 on phosphoinisitide turnover in neonatal rat cerebral cortex / Mistry R. [et al.] // British Journal of Pharmacology. — 1996. — Vol. 117. — P. 1309-1317.
53. Synaptojanin 1 -linked phosphoinositide dyshome-ostasis and cognitive deficits in mouse model of Down's syndrome / Voronov S. V. [et al.] // Proc. Natl. Acad . Sci. USA. — 2008. — Vol. 105. — P. 9415-9420.
54. Tamiya-Koizumi K. Nuclear lipid metabolism and signaling // J. Biochem. — 2002. — Vol. 132. — P. 13-22.
55. Thalhammer О. Pranatale Erkrankungen // Ann. paediatr. — 1953. — Bd. 181, N5. — S. 257-276.
■ Адреса авторов для переписки-
Тюлькова Екатерина Иосифовна — к. б. н., ст. научный сотрудник лаборатории регуляции функций нейронов мозга. УРАН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 6. E-mail: anoxia@pavlov.infran.ru
Ватаева Людмила Анатольевна — с. н. с., д. б. н., ведущий научный сотрудник лаборатории онтогенеза нервной системы. УРАН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 6. E-mail: vataeva@yandex.ru
Самойлов Михаил Олегович — профессор, д. м. н., зам. директора, заведующий лабораторией регуляции функций нейронов мозга УРАН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 6. E-mail: mos@kolt.infran.ru
Отеллин Владимир Александрович — д. м. н., чл.-корр. РАМН, проф., засл. деят. науки РФ, заведующий лабораторией онтогенеза нервной системы.
УРАН Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН. 199034 Санкт-Петербург, наб. Макарова, д. 6. E-mail: otellin@infran.ru
56. Valenti O., Conn. P, MarinoM. Distinct physiological roles of the Gq-coupled metabotropic glutamate receptors coexpression in the same neuronal populations // J. Cell Physiol. — 2002. — Vol. 191. — P. 125-137.
57. Winick M. Cellular growth during early malnutrition // Pediatrics. — 1971. — Vol. 47. —P. 969-978.
Статья представлена Э. К. Айламазяном, ГУ НИИ акушерства и гинекологии им. Д. О. Отта,
Санкт-Петербург
THE MECHANISMS OF HYPOBARIC HYPOXIA-INDUCED ALTERATION IN BRAIN DEVELOPMENT. INFLUENCE OF GESTATIONAL AGE AT EXPOSURE
E. I. Tiul'kova, L. A. Vataeva, M. O. Samoilov, V. A. Otellin
■ Summary: The authors' own data obtained in Wistar rats are introduced to determine the windows of fetal rat brain vulnerability to hypoxia when most prominent effects of prenatal hypoxia on the development of organism are produced. The phenomenon is discussed at multiple levels including behavior, an involvement of intracellular regulatory systems, the changes in antioxidant expression and lipid peroxidation, as well as modifications of glutamate receptors affinity.
■ Key words: prenatal hypobaric hypoxia; drain; behavior; learning; phosphoinositides; calcium; metabotropic glutamate receptors; lipid peroxidation; antioxidants.
Tiul'kova Ekaterina Iosiphovna — Ph.D., Senior Researcher of Laboratory of Regulation of Function of Brain Neurons. Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences. Nab. Makarova, 6, St. Petersburg 199034, Russia. E-mail: anoxia@pavlov.infran.ru
Vataeva Ludmila Anatolievna — Biol.Sci.D., Senior Researcher of Laboratory of Ontogenesis of the Nervous System. Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences. Nab. Makarova, 6, St. Petersburg 199034, Russia. E-mail: vataeva@yandex.ru
Samoilov Mikhail Olegovich — Med.Sci.D., Professor, Deputy Head of Pavlov Institute of Physiology, Head of Laboratory of Regulation of Function of Brain Neurons.
Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences. Nab. Makarova, 6, St. Petersburg 199034, Russia. E-mail: mos@kolt.infran.ru
Otellin Vladimir Aleksandrovich — Med.Sci.D., Member -correspondent of Russian Academies of Medical Sciences, Professor, Deserved Personality of Russian Federation, Head of Laboratory of Ontogenesis of the Nervous System.
Pavlov Institute of Physiology of the Russian Academy of Sciences. Nab. Makarova, 6, St. Petersburg 199034, Russia. E-mail: otellin@infran.ru
