CC BY
32
В. Г. ОВСЯННИКОВ, А. В. КАПЛИЕВ, И. М. КОТИЕВА
ОСОБЕННОСТИ КАТЕХОЛАМИНОВОЙ МЕЖПОЛУШАРНОЙ АСИММЕТРИИ У КРЫС РАННЕГО ВОЗРАСТА В НОРМЕ И ПРИ ОСТРОЙ СОМАТИЧЕСКОЙ БОЛИ
Кафедра патологической физиологии Ростовского государственного медицинского университета, Россия, 344022, г. Ростов-на-Дону, Нахичеванский пер., 29. E-mail: [email protected]
Исследовали межполушарные различия концентрации адреналина (А), норадреналина (НА), дофамина (ДА) в головном мозге новорожденных, 17-18- и 30-35-дневных самцов белых крыс. У животных всех возрастных групп выявлена левополушарная катехолами-новая (КА) асимметрия мозга: у новорожденных - «смешанного» типа, с синистральным ДА-компонентом и декстральными А, НА; у прозревших - с синистральными НА, ДА и неполяризованным А; у месячных крыс - с униполярной синистральной латерализа-цией всех КА. Ноцицептивное воздействие вызывало деформацию межполушарного КА-профиля в мозге опытных животных: у новорожденных - его полную симметризацию, у прозревших и месячных - в коре декстрализацию с тенденцией к симметризации. Перестройка межполушарного КА-баланса при боли у новорожденных и 17-18-дневных крыс формировалась в результате право-полушарного гиперКА-сдвига, у 30-35-дневных - в результате редукции кортикального КА-пула левой гемисферы и роста правой. Эти изменения свидетельствуют о поэтапном усложнении в раннем онтогенезе межполушарного нейрохимического взаимодействия.
Ключевые слова: катехоламины, межполушарная асимметрия, острая боль, онтогенез.
V. G. OVSJANNIKOV, A. V. KAPLIEV, I. M. KOTIEVA
THE PECULIARITIES OF CATECHOLAMINE INTERHEMSPHERIC ASYMMETRY IN NORMAL NEWBORN RATS AND IN THE LAST ONES IN CASE OF ACUTE SOMATIC PAIN
Department of Pathophysiology, Rostov State Medical University, Russia, 344022, Rostov-on-Don, Nakhichevan lane, 29
Hemispheric differences of concentration of adrenaline (A), noradrenalin (NA) and dopamine (DA) in the brain of newborn, 17-18- and 30-35-days old male white rats was investigated. Left-hemispheric catecholamine (CA) asymmetry of the brain was revealed in all animals: «mixed» type with sinistral DA-component and dextral A, NA in newborns; with sinistral NA, DA and nonpolarized A in rats with vision appearance; with unipolar sinistral lateralization of all CA - in one month rats. Nociceptic action leaded to deformation of interhemispheric CA-profile in animal brain: total symmetrization of it in newborns, dextralization with tendency to symmetrization in cortex in «vision-appeared» and one-month rats. Reorganization of interhemispheric CA-balance under the pain in newborns and 17-18-day rats was formed as a result of righthemispheric hyperCA-shift, in 30-35-day rats - as a result of reduction of lefthemispheric and increase of righthemispheric pool of CA. These changes revealed the staged complication of interhemispheric neurochemical interaction in early ontogenesis.
Key words: catecholamines, interhemispheric asymmetry, acute pain, ontogenesis.
Введение
Конечным звеном формирования любой функциональной системы, в том числе и ноцицептивной, у высших позвоночных и человека являются корковые структуры головного мозга, выполняющие регуляторно-интегративную функцию. Нейроны коры мозга обеспечивают перцепцию болевой афферентации, её тонкую дифференцировку и анализ по характеру воздействия, локализации боли, формируют память об алгогенном воздействии, осуществляют антиноцицептивный механизм нисходящего контроля [11, 12]. Важная роль в этих процессах принадлежит, как известно, адренерги-ческим нейронам, реализующим через катехоламины (КА) свои медиаторно-модуляторные эффекты на всех уровнях ноци-антиноцицептивной системы [13]. Коре головного мозга как биполушарной структуре свойственна морфофункциональная асимметрия, в основе которой лежат различия биохимического статуса левой и правой гемисфер. Показано, что эти различия проявляются на уровне энергопластического метаболизма нервных клеток, в содержании ферментов, медиато-
ров, в том числе и КА, активности рецепторного аппарата [14]. Однако остаются малоизученными вопросы становления межполушарной асимметрии коркового нейрохимизма, а также её роли в реализации ноцицеп-тивного процесса в раннем онтогенезе. Исследование этих закономерностей является актуальным и принципиально важным не только с теоретических позиций, но и для понимания причин детской патологии, связанной с болевыми воздействиями.
В данном исследовании была поставлена цель изучить физиологическую динамику межполушарного латерального профиля КА в мозге крыс и его реактивные изменения при острой соматической боли (ОСБ) в раннем периоде постнатального онтогенеза (с рождения до препубертатного возраста).
Методика исследования
Работа выполнена на 60 самцах белых крыс 3 возрастных групп: 2-4-дневных, 17-18-дневных и 30-35-дневных. Данные возрастные группы формировались в соответствии с физиологическими критерия-
ми периодизации раннего постнатального онтогенеза: 1-7-е сутки - период новорожденности; 16-18-е сутки -период прозревания и усиления ориентировочно-двигательной активности; конец 1-го - начало 2-го месяца жизни - ранний препубертатный период. Все экспериментальные животные рождались и росли в стационарных условиях вивария в режиме естественной освещенности и вскармливания [8]. Работа включала 2 серии исследований: контрольную и с моделированием ОСБ. Каждую серию составили три экспериментальные группы (в соответствии с определенными возрастными периодами) по 10 опытов в каждой. Для моделирования ОСБ использовали метод электрокожной стимуляции рецепторной зоны корня хвоста крысы прямоугольным импульсным током (частота - 60 Гц, амплитуда -20-40 В, время воздействия - 2 минуты, длительность импульса - 0,05 секунды, задержка импульса - 0,5 секунды). Интенсивность болевого раздражения оценивали по характеру поведенческих и вегетативных реакций животного [3]. Через 2 минуты после электростимуляции крыс декапитировали, извлекали головной мозг для дальнейшего биохимического анализа КА в коре левого и правого полушарий (у новорожденных крыс в связи со слабо выраженной дифференцировкой высших отделов мозга в исследование брали правое и левое полушария целиком). Концентрацию адреналина (А), норадреналина (НА) и дофамина (ДА) в мозговых структурах определяли высокочувствительным флюорометрическим микрометодом одновременного анализа моноаминов в малых навесках нервной ткани [16]. Интенсивность флюоресценции стандартных и опытных образцов измеряли на спектрофлюорометре MPF-4 фирмы «Hitachi».
Статистическую обработку результатов исследования проводили с использованием t-критерия Стьюдента-Фишера при помощи программы «Stadia». Статистически достоверными считали отличия, соответствующие уровню значимости р < 0,05.
Для оценки межполушарной асимметрии КА-профи-ля коры вычисляли степень латерализации отдельных фракций КА и их суммарного уровня (£КА). с этой целью использовали формулу, предложенную В. М. Ефимовым с соавт. [7] для классификации типов билатеральных асимметричных объектов: Л - П/Л + П, где Л и П - лево- и правосторонние параметры анализируемого признака (в нашем случае среднестатистические значения концентраций КА в лево- и правополушарных структурах). Данный расчетный коэффициент выражали по модулю, переводя его в процентный формат, с обозначением направленности асимметрии символами S (синестральный тип) или D (декстральный тип). В конечном итоге формула имеет следующий вид:
СЛКА = *
(ЛКА - Пка)
ЛКА + ПКА
* 100% ^ S (Д) [0>100],
где нулевое значение коэффициента соответствует симметрии межполушарного КА-профиля или его отдельных элементов, а величина, равная 100, отражает крайнюю степень его асимметрии, то есть полное мо-нополушарное доминирование.
Полученные результаты
В ходе контрольных экспериментов у 2-4-дневных самцов белых крыс выявлено неравномерное распреде-
ление КА в больших полушариях мозга с доминированием левополушарного пула. £КА в левом полушарии была в 1,5 раза выше, чем в правом, за счёт ДА-компонента. В обеих гемисферах регистрировалось низкое содержание А и НА с тенденцией правополушарного доминирования, статистически достоверной для НА (таблица). Таким образом, для новорожденных крыс характерен «смешанный» тип синистральной КА-межполушарной асимметрии (£КА - Б22) с декстральными А ^33), НА ^38) компонентами и синистральным ДА (Б24) (рис. 1А).
У прозревших животных суммарный пул КА в ле-вополушарной коре в среднем в 1,6 раза выше, чем в правополушарной, за счёт НА и ДА, межполушарные различия концентрации которых составляли соответственно 370% и 40% (таблица). Степень латерализации элементов КА-межполушарного профиля коры мозга у животных этой возрастной группы составляла £КА -Б24, А - D9, НА - Б65, ДА - Б17. Следовательно, на момент прозревания у самцов белых крыс регистрировался синистральный тип КА-асимметрии коры мозга с симметричным А-компонентом и резко выраженной левосторонней латерализацией НА (рис. 1А).
К концу первого месяца жизни в коре обоих полушарий мозга контрольных животных отмечался рост содержания всех фракций КА, более выраженный в левополу-шарной структуре, где £КА была в 2,8 раза выше, чем в правой. Концентрация ДА в левой коре была в 1,6 раза, А - втрое, а НА - на порядок выше, чем в контрлатеральной структуре (таблица). Степень латерализации КА-профиля и его отдельных элементов у животных данной возрастной группы составляла: £КА - Б47, А - Б52, НА -Б81, ДА - Б24. Таким образом, у месячных крыс отмечалось усиление межполушарной асимметрии КА в коре мозга с формированием униполярного (синистрального по всем элементам) КА-профиля (рис. 1А).
Болевое воздействие у новорожденных животных приводило к «сглаживанию» межполушарных различий КА по всем элементам за счёт роста концентрации ДА в правом полушарии (на 30%), а НА - в левом (в 2,4 раза) (таблица). Степень латерализации элементов КА-профиля полушарий мозга у 2-4-дневных животных с острой болью составляла: £КА - Б4, А - D11, НА - Б5, ДА - Б5. Таким образом, ноцицептивное воздействие у животных этой возрастной группы приводило к нивелированию исходной синистральной межполушарной асимметрии (рис. 1Б).
У 17-18-дневных крыс острое болевое воздействие сопровождалось неоднозначными изменениями фракций КА в разнополярных отделах коры. Так, в левой коре регистрировалось выраженное снижение концентрации НА (в 2,7 раза), при этом содержание А, ДА и £КА практически не отличалось от показателей у контрольных животных. В то же время в правой коре отмечался гиперКА-сдвиг: концентрация НА увеличивалась в 3,7 раза; ДА - в 2,2 раза; £КА возрастала в 2,25 раза. В результате этих изменений в коре прозревших крыс с ОСБ исходное доминирование левополушарного КА-пула сменялось доминированием правополушарного, где концентрация НА, ДА и ЕКА была выше контрлатеральной соответственно в 2,1; 1,4 и 1,5 раза (таблица). Степень латерализации элементов КА-межполушарно-го профиля коры 17-18-дневных крыс после болевого воздействия составляла: £КА - D19, А - D17, НА -D35, ДА - D17. Таким образом, болевое раздражение у прозревших животных вызывало инверсию исходной синистральной КА-межполушарной асимметрии коры
в декстральную, с выраженным уменьшением степени латерализации НА-компонента и менее значительным ХКА (рис. 1Б).
В месячном возрасте ноцицептивная стимуляция приводила к разнонаправленным сдвигам КА в коре мозга крыс: гиперКА-ому (+61%) в правополушарном отделе и гипоКА-ому в левом (-58%). Рост концентрации НА в правой коре составил 120%, а ДА - 60%, тогда как концентрация А, НА и ДА в левой коре уменьшилась соответственно в 3,2; 5,2 и 1,6 раза. В результате этих изменений практически нивелировались фоновые меж-полушарные различия по А и НА, тогда как стрессорная концентрация ДА и £КА в правой коре была выше, чем в левой, на 50% и 40% соответственно (таблица). Степень латерализации элементов КА-профиля коры мозга 30-35-дневных крыс при ОСБ составляла: £КА - D17, А - S15, НА - D7, ДА - D20,5. Следовательно, болевое раздражение вызывало у месячных крыс инверсию исходной резко выраженной синистральной асимметрии коры в декстральную, с очевидной тенденцией к симметризации составляющих её элементов (рис. 1Б).
Обсуждение
Полученные в работе результаты позволили выявить важные закономерности онтогенетической динамики КА-межполушарной асимметрии мозга крыс в раннем постнатальном периоде, а также возрастные особенности стрессорной адренергической реакции корковых структур на болевое воздействие. Установлено, что в период с рождения до п ре пубертатно го возраста в головном мозге самцов крыс на фоне роста
кортикального КА-пула в обоих полушариях регистрируется усиление «неонатальной» синистральной КА-межполушарной асимметрии через инверсию исходно декстральных А- и НА-компонентов с выраженным увеличением степени их латерализации. Это сопровождается нарастанием межполушарной нейрохимической гетеротопии коры и формированием качественно неоднородных КА-спектров её правого (преимущественно ДА) и левого (с усиленным НА-компонентом) отделов (рис. 2). Такая динамика изменений КА-фона коры мозга крыс на первом месяце жизни отражает, на наш взгляд, характерные для раннего онтогенеза процессы поэтапного становления и усложнения структуры и функции ЦНС, с ведущими тенденциями «кортиколизации» и межполушарной специализации. На этом этапе онтогенетического развития существенно расширяется диапазон взаимодействия индивидуума с факторами окружающей среды, формируются более сложные модели поведения и реагирования. Эти процессы неуклонно приводят к увеличению афферен-тации в корковые структуры, появлению и дальнейшему развитию в них регуляторных центров, формированию многоуровневых ассоциативных связей коры и нижележащих структур ЦНС, приумножению и многократному усложнению процессов высшей нервной деятельности, возникновению на этом фоне новых и более сложных безусловных и условных рефлексов. При этом асимметрия мозга рассматривается как одно из условий, необходимых для полноценной реализации всех этих процессов. Очевидно, что характер динамики КА-межполушарной асимметрии мозга определяется,
S 1 1 D ЕКА ДА НА 1
Í? 1 ЙЙ ЕКА 1дд _1нА
ЙЯЕКА ШЛА НА
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80 100
Рис. 1. Возрастные изменения фоновой (А) и реактивной при острой боли (Б) катехоламиновой межполушарной асимметрии коры мозга крыс первого месяца жизни
Примечание: 1 - 2-4-дневные;
2 - 17-18-дневные;
3 - 30-35-дневные крысы.
Межполушарные различия концентрации катехоламинов (нг/мг сырой ткани) в головном мозге самцов крыс первого месяца жизни в норме и при острой соматической боли
Возраст Структура мозга Контроль Боль
А НА ДА 1КА А НА ДА 1КА
2-4-дневные Полушарие левое 0,005 ± 0,003 0,036 ± 0,008 0,8 ± 0,12 0,84± 0,121 0,009± 0,002 0,085± 0,013+ 0,67± 0,03 0,764± 0,036
Полушарие правое 0,01± 0,0034 0,08± 0,011* 0,45± 0,048* 0,54± 0,051* 0,011± 0,0036 0,077± 0,011 0,61± 0,016+ 0,7± 0,018+
17-18-дневные Кора левая 0,01± 0,0026 0,18± 0,03 0,66± 0,077 0,85± 0,083 0,01± 0,0047 0,06± 0,007+ 0,72± 0,031 0,8± 0,033
Кора правая 0,012± 0,0052 0,038± 0,013* 0,47± 0,054* 0,52± 0,051* 0,014± 0,0043 0,14± 0,025*+ 1,02± 0,08*+ 1,17± 0,096*+
30-35-дневные Кора левая 0,099± 0,015 0,98± 0,064 1,04± 0,136 2,12± 0,205 0,031± 0,0041 + 0,19± 0,035+ 0,66± 0,101+ 0,88± 0,097+
Кора правая 0,031± 0,012* 0,098 ± 0,026* 0,64± 0,083* 0,77± 0,082* 0,023± 0,0044 0,22± 0,024+ 1,0± 0,063*+ 1,24± 0,072*+
Примечание: * - достоверность межполушарных различий концентрации катехоламинов в каждой возрастной группе (р<0,05);
+ - достоверность различий показателей контрольной группы и группы с острой соматической болью (р<0,05).
100% 90% 80% -70% -60% -50% -40% 30% 20% 10% 0%
Пл
Пп
Кл
Жп
Кл Жп
Рис. 2. Изменения катехоламиновых спектров биполушарных структур мозга крыс
на первом месяце жизни
Примечание: Пл - полушарие левое;
Пп - полушарие правое; Кл - кора левая; Кп - кора правая.
с одной стороны, генетической программой, с другой - факторами эндогенной и экзогенной природы, связанными прежде всего со стрессорными воздействиями, в том числе и болевыми, и адаптационной деятельностью организма [1].
Как показали наши исследования, у крыс раннего возраста развитие ноцицептивного процесса сопровождается деформацией межполушарного КА-баланса, что проявляется в тенденциях декстрализации и частичной или полной (у новорожденных крыс) симметризации кортикального КА-профиля мозга. Этот феномен является, вероятно, одним из неспецифических проявлений «перестройки» межполушарного взаимодействия в экстремальных ситуациях. Данные о том, что при стрессе фокусы максимальных изменений локализуются преимущественно в правом полушарии, приводятся разными авторами [4, 14, 15]. В основе этого явления лежат особенности анатомо-функциональной организации полушарий мозга, определяющие их разную специализацию в регуляции адаптивной деятельности организма. Правое полушарие более «диффузно» по распределению своих функций, оно осуществляет одновременный анализ стимулов, чему способствует строение нейро-нальных связей. Левое полушарие более «локально», оно осуществляет медленный семантический анализ и синтез. Более «диффузная» организация правой ге-мисферы обуславливает то, что она более быстро реагирует на любой стимул, первой включается в деятельность, осуществляет ее начальные этапы, связанные с оценкой биологической значимости поступившей информации и поиском программы адаптивного поведения [5, 6, 10, 2]. Установлено, что поток ноцицептив-ной информации вызывает ощущение боли, формирующееся в правом полушарии. Возникающее при этом состояние эмоционально-отрицательного напряжения ведет к активации височно-париетальной области правого полушария, которое имеет мощные связи со структурами ствола мозга. В то же время усиление диэнцефально-стволового компонента при стрессе оказывает синхронизирующее влияние на процессы межполушарного взаимодействия, способствуя ослаблению или полному нивелированию межполушарной асимметрии в «экстремальном» состоянии [9]. В нашем исследовании было выявлено, что «декстраль-ная» направленность изменений межполушарного баланса КА при острой боли регистрируется у крыс уже на самых ранних сроках постнатального онтогенеза. У новорожденных крыс симметризация межполушар-ного КА-профиля при боли обеспечивается правополу-шарным гиперКА-сдвигом. У 17-18-дневных животных инверсия синистрального КА-профиля неокортекса в декстральный реализуется при боли за счёт аналогичного механизма. У месячных крыс очевидно «усложнение» процессов межполушарного взаимодействия в остром периоде болевой реакции. Характерный для стрессорного состояния декстральный КА-профиль кортикальных структур формируется у 30-35-дневных крыс за счет биполушарных разнонаправленных КА-сдвигов. Этот феномен свидетельствует, на наш взгляд, о лабильности кортикальных механизмов и экономизации процессов межполушарного взаимодействия у месячных крыс при развитии ноцицептивной реакции.
На основании результатов данного исследования можно заключить, что КА-межполушарная асимметрия является важным свойством развивающегося мозга, динамичным во времени и пространстве (контрастируется с возрастом,
ослабевает или нивелируется в экстремальной ситуации, инвертируется по элементам или в целом). Изменения её реактивных сдвигов при боли в ходе постнатального онтогенеза отражают, на наш взгляд, поэтапное усложнение межполушарного взаимодействия с переходом от локальных монополярных нейрохимических ответов к биполярным реципрокным, что повышает надёжность и экономичность центральной системы регуляции.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бианки В. Л., Макарова И. А. Онтогенетическая динамика асимметрии полушарного контроля поведения у крыс различного пола // Журнал высшей нервной деятельности. - 1995. - Т. 45, № 1. - С.145-153.
2. Буклина С. Б. Мозолистое тело, межполушарное взаимодействие и функции правого полушария мозга // Журн. неврол. и психиатрии им. С. С. Корсакова. - 2004. - Т. 104, № 5. - С. 8-14.
3. Васильев Ю. Н., Игнатов Ю. Д., Качан А. Г., Богданов Н. Н. Анальгетический эффект акупунктуры у крыс в свободном поведении и его изменение под влиянием морфина и налаксона // Бюл. экспер. биол. и мед. - 1979. - № 11. - С. 566-569.
4. Винокур В. А. Влияние изменений межполушарной мозговой асимметрии и биоэлектрической мозговой активности на развитие сердечно-сосудистых заболеваний // Вестник Российской АМН. - 2005. - № 10. - С. 8-12.
5. Гольберг Э., Коста Л. Д. Нейроанатомическая асимметрия полушарий мозга и способы переработки информации // Нейропсихология сегодня. - М.: МГУ, 1995. - С. 8-14.
6. Гольдшмидт Е. С. Динамика функциональной асимметрии и ее связь с функциональными системами // XVII съезд Всероссийского общества физиологов им. И. П. Павлова (тезисы докладов). -Ростов-на-Дону, 1998. - С. 417.
7. Ефимов В. М, Акимова И. А, Галактионова Ю. К. Формальная иерархическая классификация типов билатеральных асимметричных объектов // Сер. Б. Геологические, химические и биологические науки. - 1987. - № 3. - С. 64-66.
8. ЗападнюкИ. П., ЗападнюкВ. И., ЗахарияЕ. А, ЗападнюкБ. В. Лабораторные животные. Разведение, содержание, использование в эксперименте. - Киев: Вища школа, 1983. - 383 с.
9. Зверева З. Ф. Величина асимметрии мощностей ритмов ЭЭГ как показатель процессов межполушарного взаимодействия // Тезисы докладов II Российского конгресса по патофизиологии «Патофизиология органов и систем. Типовые патологические процессы». - М., 2000. - С. 23.
10. Колышкин В. В. Динамика межполушарных перестроек при краткосрочной адаптации человека // XVII съезд Всероссийского общества физиологов им. И. П. Павлова (тезисы докладов). - Ростов-на-Дону, 1998. - С. 422.
11. Кукушкин М. Л., Хитров Н. К. Общая патология боли. - М.: Медицина, 2004. - 144 с.
12. Овсянников В. Г. Боль (этиология, патогенез, принципы и механизмы лечения). - Ростов-на-Дону: РГУ, 1990. - 80 с.
13. Овсянников В. Г. Очерки патофизиологии боли. - Ростов-на-Дону: изд-во РГМУ, 2003. - 148 с.
14. Черноситов А. В. Неспецифическая резистентность, функциональные асимметрии и женская репродукция. - Ростов н/Д: изд-во СКНЦ ВШ, 2000. - 200 с.
15. Schiffer F., Teicher M., Papanicolaou A. Evoked potential evidence for right brain activity during the recall of traumatic memories // J. Neuropsychiatry Clin. Neurosci. - 1995. - Vol. 7, № 2. - P. 169-175.
16. Shlunph M., Lichensteiger W., Langemann H., Waser P. G., Hefti F. A. A fluorometric micromeithod for the simultaneous determination of serotonin, noradrenaline and dopamine in mieligram amounts of brain tissue // Biochem. Pharmacol. - 1974. - Vol. 23, № 17. - P. 2437-2446.
Поступила 22.05.2009
