CC BY
27
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ МЕДИЦИНА
Доцент В. А. Изместьев, К. В. Изместьев, Е. Н.
Изместьева
СЕЛЕКТИВНАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ НЕЙРОНОВ ТЕМЕННОЙ АССОЦИАТИВНОЙ КОРЫ К ОСТАНОВКЕ КРОВОТОКА В РАННЕМ ПОСТРЕАНИМАЦИОННОМ ПЕРИОДЕ
ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ ЗНАЧИМОСТЬЮ СИГНАЛОВ
Государственная медицинская академия, кафедра нормальной физиологии, г. Кемерово, Россия
Мозг наиболее подвержен патогенным воз действиям во время умирания, клинической смерти и в процессе реперфузии [3]. В результа те метаболических нарушений в головном мозге развиваются морфологические изменения с об разованием множественных фокальных и диф фузных некрозов [2; 4; 7], реализующихся в даль нейшем рядом неврологических симптомов [1]. Наиболее выраженные повреждения после оста новки мозгового кровообращения по данным Е. М. №шо1;о [12] с соавторами наблюдаются в теменной и затылочной областях коры. Изменения наиболее выражены в глубине борозд коры мозга. Особая роль теменной ассоциативной области коры (ТАОК) в процессах синтеза головным моз гом идеальных образов окружающей действитель ности на основе анализа конвергирующих поли модальных сигналов на нейронах, ставит её в ряд перспективных моделей изучения функционально го состояния межнейрональных отношений отде лов и систем головного мозга в раннем постреани мационном периоде. Однако до настоящего време ни в литературе отсутствует представление о пара метрах электрической активности нейронов темен ной ассоциативной области коры (ТАОК) после остановки кровообращения.
Целью настоящего исследования явилось изу чение селективной функциональной устойчивос ти нейронов оживлённого мозга переднего отде ла средней супрасильвиевой извилины (ССИ) к остановке кровообращения в момент их возбуж дения эфферентными сигналами от мезэнцефа- лической ретикулярной формации и перифери ческих рецепторных полей (зрительного, слухо вого и кожного).
Материалы и методы
Эксперименты проведены на 23 кошках (9 ишемизированных, 14 группа сравнения), нар котизированных внутрибрюшинно хлоралозой (40 мг/кг массы тела) в смеси с нембуталом (20 мг/кг массы тела). В экспериментах применя ли модель пятиминутной клинической смерти путём сдавления грудной клетки, с одновремен ной остановкой дыхания и сердечной деятельно сти [4]. Импульсную активность
нейронов пере дней части средней супрасильвиевой извилины регистрировали стеклянными
микроэлектрода ми, заполненными 2,5-3,0 М раствором КС1, с диаметром кончика около одного микрометра с сопротивлением по постоянному току около 100 Мом через трепанационное отверстие диамет ром 7-9 мм. С целью минимизации повреждаю щего воздействия раздражающих и отводящего электродов, оболочки мозга не удаляли. Введе ние отводящего стеклянного микроэлектрода [7] с заточенным кончиком и устройством его защи ты от поломки осуществляли держателем элект рода особой конструкции [6]. Предварительно в оболочках мозга делали канал для ввода кончи ка микроэлектрода иглой особой конструкции. Контроль над манипуляциями осуществляли в поле зрения операционного стереоскопического микроскопа. Момент контакта микроэлектрода с поверхностью коры определялся по появлению специфического сигнала на экране монитора.
Зрительным раздражителем использовали вспышку газоразрядной лампы фотостимулято ра ФС-02. Звуковым раздражителем служил щелчок динамической головки прямого излуче ния. Динамическая головка расположена в акус тической камере полого ушного держателя сте- реотаксического аппарата. В качестве возбужда ющих стимулов кожного анализатора применя ли прямоугольные стимулы
электростимулятора установки «Нейроанализатор», подаваемые че рез иглы, вкалываемые в подушечки пальцев контрлатеральной задней конечности.
Программу последовательности опроса не рвной клетки, с возможностью её коррекции в ходе эксперимента, осуществляли путём подачи прямоугольных электрических стимулов, воз буждающих последовательно периферические рецепгорные системы (кожная, зрительная, слу ховая) и мезэнцефалическую ретикулярную фор мацию. Реализацию программы опроса нейрона ТАОК осуществляли стимулятором лаборатор ного комплекса «Нейроанализатор».
Биопотенциалы нейронов после предвари тельного усиления усилителем с истоковым по вторителем на входе, фирмы «Медикор», через АЦП подавали на вход ЭВМ семейства Pentium нейрофизиологической установки «Нейроанали затор» (конструктор Котов В. Д., Томское пред приятие «Мединтест»).
Результаты исследования обработаны стати стически с использованием параметрических и
непараметрических критериев.
Результаты и их обсуждение
Установлено, что в раннем постреанимаци онном периоде изменяется лабильность нервных клеток теменной области коры и происходит се лективное внутригрупповое изменение их функ циональных свойств. В зависимости от скорости формирования ответной реакции нейроны раз делены на группы, каждая из которых характе ризуется определённым диапазоном
латентного периода (ЛП) реакций (табл. 1).
Таблица 1
Постреанимационные изменения реакций нейронов в момент стимуляции периферических рецепторных полей (М ± т)
Распределение нейронов по диапазонам ЛП Серия Продолжительность латентных периодов реа периферических рецепторных полей (мс)
Кожный анализатор Слуховой анализатор
Весь диапазон (0 +100 мс) 1 44,9 ± 1,76 38,4 ± 1,96
2 36,7 ± 2,64* 29,4 ± 2,92*
Коротколатентные (0 +33 мс) 1 22,7 ± 0,86 18,8 ± 0,83
2 19,3 ± 1,26* 14,8 ± 1,51*
Среднелатентные (34 -г 70 мс) 1 48,2 ± 1,78 48,5 ± 2,35
2 50,3 ± 1,32 51,7 ± 1,57
Длиннолатентные (70 + 100 мс) 1 87,7 ± 2,55 82,4 ± 2,75
2 81,9 ± 1,56 81,9 ±2,04
Коэффициент укорочения ЛП нейронов (усл. ед.) 0,82 0,74
Примечание:
ЛП — латентные периоды.
1 серия - контроль;
2серия - опыт;
* - Р < 0,02 - 0.001 по сравнению с контролем.
Как видно из таблицы, в группе короткола- тентных нейронов скорость реакций на возбуж дающие сигналы от периферических рецептор ных полей (зрительного, слухового и кожного) достоверно увеличивается (латентный период реакций укорачивается в среднем на 35%, 20-25% и 15% соответственно). Объяснения это го факта заключаются возможно, во-первых: в эффекте деафферентации, устранения связи с пе риферией в результате остановки кровообраще ния. Так, по данным Byrne J. А., [10] с соавтора ми, при остром устранении афферентных путей от периферических сенсорных зон происходит «немедленная» или «быстрая» перестройка соот ветствующих нейронных представительств в мозге. Исследования, в основном производив шиеся на основании ответов нейронов сомато- сенсорной коры, показали, что в течение перио да времени от нескольких минут до 1-3 ч проис ходит полная реорганизация реактивности, ре цептивных полей и топографического предста вительства в коре. Нейроны, утратившие аффе-рентацию, начинают отвечать на стимуляцию соседних
рецептивных поверхностей с интакт- ной афферентацией. Во-вторых, по результатам исследований Январёвой И. Н., Кузьминой Т. Р. [8] следует, что в результате метаболических рас стройств в головном мозге развиваются измене ния, связанные с увеличением деполяризации клеточных мембран коры.
Однако, наряду с этим, реакции средне- и длиннолатентных нейронов достоверно не изме няются. Вполне возможно, что их устойчивость к гипоксическому эпизоду обусловлена высокой биологической значимостью обрабатываемой и хранимой ими информации.
Интегральная оценка постреанимационных изменений электрической активности нейронов с помощью коэффициента укорочения латент ных периодов (отношение латентных периодов нейронов опытных животных к латентным пери одам нейронов контрольных животных) показа ла, что наибольшие изменения происходят в нейронах, отвечающих на сигналы от зрительно го анализатора. Коэффициент уменьшается в сравнении с контролем в среднем в 2 раза, тогда как в нейронах, обрабатывающих сигналы от кожного анализатора, только на 15-20%. Не ис ключено, что постреанимационное увеличение лабильности (активности) нейронов ТАОК, об рабатывающих информацию от зрительного анализатора, обусловлено уменьшением поступ ления к ним потоков функционально более зна чимой информации в период восстановления функций ЦНС, по сравнению с таковой, поступа ющей от других анализаторов. Нельзя сбрасы вать со счёта и такой факт, как сложность строе ния анализатора и большая вероятность его по вреждения вследствие сложности строения. По этому как более сложно устроенный зрительный анализатор сильнее повреждается. Соответствен но имеет место большая потеря информации.
Увеличение афферентных потоков в ТАОК ре ализуется морфологическими преобразованиями связей и формированием новых синапсов. Так, че рез 30-40 минут после индукции потенциации электронная микроскопия выявляет расширение ножек дендритных шипиков (на 60%) и уменьше ние их длины, утолщение вдвое постсинаптичес- ких плотностей, появление новых шипиков, появ ление у 60% активированных синапсов перфора ций с разделением активных зон внедрением спи- нул в пресинаптические окончания [9, 11].
Латентные периоды нейронов, отвечающих на афферентные сигналы из мезэнцефалической ретикулярной формации (МЭРФ), достоверно не изменялись [табл. 2]. Это могло быть результа-
Постреанимационные изменения латентных периодов реакций нейронов на стимуляцию substancia reticularis mesencephalica (М ± m)
Распределение нейронов по диапазонам ЛП Серия Продолжительность латентного периода (мс)
1 1 5,52 ± 0,23
(0 -г9,8 мс) 2 5,13 ± 0,33
II 1 15,56 ±0,26
(11,2 -И 9,6 мс) 2 15,65 ±0.84
III 1 24,55 ± 039
(21 -г 29,4 мс) 2 24,75 ±1,11
IY 1 38.50 ± 1,44
(30,8 + 43,4 мс) 2 35,53 ± 0,57
Y 1 64.11 ±1,59
(44,8 93,8 мс) 2 58,72 ± 2,75
Весь диапазон (0 + 100 мс) 1 24,42 ± 1,07
2 22,18 ±2,21
Примечание: ЛП - латентный период; 1 серия - контроль, 2серия - опыт.
том высокой устойчивости к гипоксии афферен тных входов данных нейронов на сигналы из МЭРФ. Вместе с тем среди нейронов, облигатно реагирующих на сигналы из МЭРФ, ответы на конвергирующие потоки афферентной информа ции от периферических рецепторных полей дос товерно изменялись [рис. 1].
Рисунок 1
□ контроль иопьгг
%
1 ■ ■ ■
М ЭРФ КА ЗА СА
Рис. Характер конвергенции сигналов в постреанимационном периоде от периферических рецепторных систем в облигатно реагирующих нейронах возбуждающихся мезэнцефалической ретикулярной формацией (МЭРФ). КА — кожный анализатор, ЗА — зрительный анализатор; СА —
слуховой анализатор. * — Р < 0,05 в сравнении с контролем по критерию Стъюдента
Как видно из рисунка, генерация биопотен циалов в ответ на сигналы от зрительного ана лизатора увеличивалась в 2,4 раза по сравнению с контролем, тогда как от кожного анализатора только в 1,5 раза. Совокупность этих результа тов и данных литературы
[13] позволяют предпо лагать, что в восстановительном периоде после перенесенной клинической смерти происходят селективные изменения синаптического аппара та популяции нейронов, облигатно отвечающих на информацию из МЭРФ.
Таким образом, на основе анализа получен ных результатов и литературных данных, можно полагать, что селективное нарушение функций систем мозга в раннем восстановительном пери оде оживляемого организма в основном обус ловлено повреждением и перестройкой синапти ческого аппарата.
Возможно, это является одним из ведущих патогенетических факторов развития
постреани мационной болезни и способствует пониманию: механизмов её развития, изменения в иерархии систем гомеокинеза организма и психики людей, перенёсших клиническую смерть.
Литература
Алексеева Г. В. Клиника. Профилактика и терапия постгипоксических энцефалопатий (методические ре комендации). -М., 1996. - С. 39.
Мошков Д. А., Петровская О. Г., Брагин А. Г. II Ультраструктурное изучение основ посттетанической потенциации в срезах гиппокампа методом замора живания замещения //Цитология. - 1980. - Т. 22. - № 1. - С. 20-26.
Неговский В. А., Гурвич А. М., Золотокрылина Е. С.
Постреанимационная болезнь 2-е изд. перераб. и доп. -М: Медицина, 1987. - 480.
Евтушенко А. Я., Банных С. В. Моделирование клинической смерти и постреанимационной болезни // Патол. физиология и эксперим. терапия. - 1999. - № 6. - С. 14-15.
Степанов С. С., Еринеев С. И., Семченко В. В. Со поставление уровня судорожной готовности мозга, долговременной памяти, способности к обучению и их структурные эквиваленты в постреанимационном периоде // Патол. физиология и эксперим. терапия. - 1999. -№3. - С. 15-19.
Изместьев В. А. Держатель микроэлектрода // Авторское свидетельство № 1456090 - Бюл. - 1989. - № 5.
Изместьев В. А. Казаков В. Н. Стеклянный микро электрод // Авторское свидетельство № 1533651 - Бюл. - 1990. -№ 3.
Январёва И. Н., Кузьмина Т. Р. Исследование фо новой импульсной активности нейронов коры боль ших полушарий при умирании кошек от кровопоте- ри // Нервная система. Л: Издательство ЛГУ. - 1973. -С. 86-94.
Bucks P. A., Muller D. Induction of longterm potentiation is associated with ultrastructural changes of activated synapses // Pros. Nat. Acad. Sci. USA. - 1996. -V. - 93. - №. 15. - P. 8046-8045.
Byrne J. A., Calford M. B. Shortterm expansion of receptive fields in rat primary somatosensory cortex after hindpaw digit denervation // Brain Res. 1991. - V. 565. - №. 2. - P. 218-224.
Engert F., Bonhoeffer T. Dendritic spine changes associated with hippocampal long-term synaptic plasticity // Nature. 1999. - V. 399. - №. 6731. - P. 66-70.
Nemo to E. M., Kofke W. A., Kessler P., Hossmann K. A., Stezoski S. W., Safar P. Studies on the pathogenesis of ischemic brain damage and the mechanism of its amelioration by thiopental. // Acta Neurol Scand Suppl -1977.-№1.-P. 142-143.
White R. C„ Grossmann L. I., CyNeil B. J. Global brain ischemia and reperfussion // Ann. Emerg. Med. - 1996. - V. 27. - № 5. - P. 588-594.
THE MAGNITUDE OF SIGNALS DETERMINES THE
SELECTIVE STABILITY OF THE PARIETAL ASSOCIATIVE CORTEX NEURONS TO CESSATION
OF
CIRCULATION IN EARLY POSTRESUSCITATION PERIOD
The senior lecturer V.A. Izmestjev, the assistant K.V. Izmestjev, E.N. Izmestjeva
State Medical Academy, Chair Physiology, Kemerovo, Russia
The selective counteraction of parietal cortex neurons to injuring factors is revealed. This counteraction is determined by functional importance of modality of afferent signals arriving to parietal cortex neurons. Average latent periods of neurons excited by mesencephalic formatio reticularis in early postanoxic period did not undego essential changes. The parametres of mean- and longlatent neuron groups receiving afferent signals from peripheral receptor fields -visual, acoustical, skin - do not change. Apparently importance of the information acting on their inputs imposes the certain print on their morpho- functional stability to hypoxic episode. Increase of functional lability of shorflatent neuron group is noted. It is the result of functional deafferentation accompaned by synaptic apparatus reconstruction. Apparently these neurons form highlabile ensembles for operative collection of information lost in a consequence of beared clinical death and reperfusion.
