Влияние модифицированного биофлаваноида на поведение и обучение в животной модели Текст научной статьи по специальности «Фундаментальная медицина»

УДК 615.017

ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОГО БИОФЛАВАНОИДА НА ПОВЕДЕНИЕ И ОБУЧЕНИЕ В ЖИВОТНОЙ МОДЕЛИ

12 2

Д.А. Борозденко , С.В. Воробьев , Е.П. Крамарова ,

22

Н.М. Киселева , И.Г. Козлов

1МФТИ, г. Москва, Россия

2ГБОУ ВПО РНИМУ им. Н.И. Пирогова Минздрава России, г. Москва, Россия

Аннотация. В настоящее время активно изучаются механизмы взаимодействия иммунной и нервной систем, в том числе исследуются эффекты различных цитокинов на когнитивные процессы. Целью настоящей работы явилось исследование влияния модифицированного биофлавоноида (МБФ), который in vitro увеличивает синтез ИЛ-17, ИЛ-6, на процессы поведения и памяти у животных.

Работа проведена на 22 крысах линии Wistar. Животные были разделены на 3 группы: 1 группе (опытной) вводили МБФ в дозе 10 5 моль/кг, 2 группе — 5% раствор этилового спирта, который использовали в 1 группе в качестве растворителя, 3 группе (контроль) — 0,9% раствор NaCl. Все вещества вводили животным внутрибрюшинно в течение пяти дней один раз в сутки в объеме 1,0 мл перед началом экспериментов и далее на протяжении всего исследования.

Проведено две серии экспериментов. В первой серии — исследовали поведение животных в «открытом поле», приподнятом крестообразном лабиринте, темно-светлой камере и тесте Порсолта. У животных на фоне модифицированного биофлавоноида отмечали увеличение ориентировочно-исследовательской активности по сравнению с контрольной группой. Во второй серии исследовали обучение животных в тест системе Т-образного лабиринта. МБФ оказал позитивное влияние на выработку пищедобыватель-ного рефлекса.

Таким образом, впервые показано, что модифицированный биофлавоноид обладает нейротропной активностью и оказывает положительное действие на выработку условного рефлекса.

Ключевые слова: биофлавоноид, когнитивные процессы, условный рефлекс, обучение, цитокины.

Введение. Большой интерес исследователей в последнее время направлен на изучение биологических свойств веществ флавоноид-ной структуры. Флавоноиды — многочисленная группа растительных полифенолов, пред-

ставляющих собой гетероциклические соединения с атомом кислорода в кольце. Исследования последних лет показали широкий спектр биологический активности флавоно-идов, как на клеточных моделях, так и в моде-

~ 89 ~

Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации по отраслям «Медицинские науки» и «Социологические науки»

Since 1999

p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437

The Journal of scientific articles “Health and Education Millennium”, 2015. Vol. 17. No 4

—-------------------------—

лях in vivo. Наибольший интерес представляет влияние флавоноидов на иммунную систему. В литературе описаны различные эффекты веществ флавоноидной структуры на клетки иммунной системы, как активирующие иммунный ответ, так и тормозящие его. Механизм действия флавоноидов обусловлен, их способностью проникать внутрь клетки, блокировать системы сигнальных путей, активировать синтез биологически активных веществ [1]. Так в исследованиях Д.З. Албего-вой и соавторов [2] было показано, что модифицированный биофлавоноид in vitro «переключал» Th1 иммунный ответ на Th17, что сопровождалось увеличением синтеза ИЛ-17, ИЛ-6 и снижением уровня ИФНу. В других исследованиях была установлена связь между повышенными концентрациями ИЛ-6, ИЛ-17 ФНОа головном мозге крыс и снижением когнитивных функций [3]. Исходя из вышесказанного, несомненно интересным представляется изучение влияния флавоноидов на поведение и обучение животных.

Целью настоящего исследования явилось изучение влияния модифицированного био-флавоноида (МБФ) на ориентировочно-исследовательское поведение и обучение крыс.

Материалы и методы. Опыты проводили на 22 крысах-самцах линии Wistar массой 326,82 ± 15,55 г. Крысы содержались в пластиковых клетках при постоянной температуре (+22 °С), 12-часовом световом дне с неограниченным доступом к воде и пище. Перед началом исследования все животные были протестированы в тесте «Норковая камера» для создания идентичных по активности и весу групп. Животные были разделены на 3 группы. Животным 1 группы (n = 8) вводили МБФ в дозе 10 5 моль/кг (опытная группа), 2 группы (n = 7) — 5% раствор этилового спирта, который использовали в 1 группе в качестве растворителя, 3 группы (n = 7) — 0,9% раствор NaCl (контроль). Все вещества вводили животным внутрибрюшинно в тече-

ние пяти дней один раз в сутки в одно и то же время в объеме 1,0 мл перед началом экспериментов и далее после 2-дневного перерыва за 30 мин. до очередного теста.

В первой серии экспериментов последовательно изучали поведение животных всех групп в различных по стрессогенности средах. Для оценки ориентировочно-исследовательской активности животных использовали «открытое поле», которое представляют из себя круглую (диаметром 97 см) камеру, пол которой разделен на сектора с отверстиями. У животных в течение 5 мин. регистрировали количество пересеченных секторов, вертикальных стоек и норковых реакций, продолжительность замираний и длительность актов груминга. Помимо изучения ориентировочноисследовательской активности проводили исследование тревожности крыс в приподнятом крестообразном лабиринте (ПКЛ) и тесте свет-ло-темнового выбора. Тест светло-темнового выбора проводили в камере (60x30x30 см) из оргстекла, разделенной на два отсека. Один отсек был затемнен, а стенки другого — прозрачны. В течение 5 мин регистрировали: латентный период (ЛП) захода в темный отсек, длительность пребываний в светлом отсеке, количество пересеченных отсеков, вертикальных стоек, длительность замираний животного и продолжительность актов гру-минга. Приподнятый крестообразный лабиринт (ПКЛ) состоит из расходящихся под прямым углом от центральной площадки 4 рукавов (50x14 см): двух открытых и двух со стенками высотой 30 см. Установка приподнята над полом на 50 см. В течение 5 мин. регистрировали число заходов в рукава, стоек, выглядываний из закрытых рукавов, све-шиваний с открытых рукавов, количество и длительность периодов неподвижности и актов груминга. Для оценки антидепрессивного действия препарата использовали методику вынужденного плавания по Порсолту. Тест проводили в стеклянном цилиндре диаметром 20 см и высотой 40 см, на 1/3 запол-

—----------------------—

■ 90 ~

Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации по отраслям «Медицинские науки» и «Социологические науки»

Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437

Борозденко Д.А. и др. Влияние модифицированного биофлаваноида на поведение и обучение...

—----------------------—

ненном водой с температурой 27 ± 1 °С. За поведением животного наблюдали в течение 5 мин., после чего животное возвращали в клетку. В протоколе фиксировали время и количество эпизодов активного плавания и иммобильности.

Во второй серии экспериментов проводили выработку условного пищедобыватель-ного рефлекса в Т-образном лабиринте. В начале эксперимента, после суточной пищевой депривации каждую крысу индивидуально помещали в Т-образный лабиринт на 5 мин для адаптации к условиям опыта. Сеанс обучения состоял в том, что крысу помещали в стартовый отсек лабиринта. После условного сигнала (щелчка при открывании дверцы) крысе предоставляли возможность выхода из стартового отсека и регистрировали время нахождения животным корма, который располагался в правом рукаве Т-образного лабиринта. Ежедневный сеанс обучения состоял из трех побежек. Рефлекс считался сформированным при достижении крысами корма с латентным временем не более 15 с.

Статистическую обработку данных проводили с использование программы Statisti-ca 10. Для оценки достоверности различий применяли критерий Стьюдента. Различие средних показателей считалось достоверным прир < 0,05.

Результаты и их обсуждение. Показателями ориентировочно-исследовательского поведения являются горизонтальная и вертикальная активность животных [4]. Эти формы локомоции зависят от общего уровня возбудимости животных [5]. С одной стороны, вертикальную активность обычно рассматривают как компонент ориентировочно-исследовательского поведения, но, с другой стороны, вставание на задние лапы с упором передними на стенку считают проявлением реакции страха, вследствие которого животные стре-

мятся к бегству из данной ситуации. Груминг часто появляется в ситуациях, не связанных с загрязнением шерсти животных, и наблюдается при новизне раздражителей, в ситуации «стресса ожидания» [6]. Эта форма поведения оценивается как элемент ориентировочноисследовательской активности. Роль полного груминга рассматривают в снижении общей тревожности животного, тогда как короткий, неполный или нарушенный груминг указывает на «нервозность» животного, страх перед новой обстановкой [7].

В поведенческих тестах животные на фоне МБФ проявляли больший уровень ориентировочно-исследовательской активности, чем животные из контрольных групп (рис. 1).

Полученные результаты показывают, что модифицированный биофлавоноид положительно влияет на исследовательскою активность животных, что отражается в увеличенной горизонтальной активности по сравнению с контролем. Однако в данной ситуации необходимо дифференцировать влияние препарата от влияния этанола на поведение животных, так как результаты именно горизонтальной активности у двух групп животных схожи. Спирт обладает выраженным анксиолитическим эффектом, что подтверждается длительным нахождением крыс из второй группы в светлом рукаве крестообразного лабиринта и короткими эпизодами замирания, тогда как у животных на фоне действия МБФ такого эффекта не наблюдается.

В тесте вынужденного плавания у животных опытной группы не наблюдалось статистически значимых отличий в поведении животных как по отношению к контрольной группе, так и по отношению к группе животных, получавших раствор спирта. Что может свидетельствовать об отсутствии антидепрессивного действия у изучаемого вещества.

—----------------------—

■ 91 ~

Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации по отраслям «Медицинские науки» и «Социологические науки»

Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437

The Journal of scientific articles “Health and Education Millennium”, 2015. Vol. 17. No 4

—--------------------------—

Рис. 1. Поведение животных в тестах открытое поле (ОП), темно-светлового выбора (ТС), приподнятом крестообразном лабиринте (ПКЛ).

*р < 0,05 относительно контроля

При формировании условного рефлекса с положительным подкреплением критерию обученности соответствовали 75% животных опытной группы против 57% контрольных животных (р < 0,05), что позволяет говорить о положительном влиянии препарата на процессы обучения животных. Следует отметить, что ни одно животное с инъекциями спирта не обучилось. Возможно, повышенная ориентировочно-исследовательская активность которую мы наблюдали у этой группы животных в Т-образном лабиринте мешала адекватному запоминанию верного решения.

Полученные нами результаты несколько противоречат литературным данным влиянию по цитокинам ИЛ-6 и ИЛ-17 на когнитивные функции [3]. Это противоречие можно объяснить с одной стороны фармакокинетикой модифицированного биофлавоноида — в структуре, которого содержится компоненты, которые могут способствовать проникновению вещества через гематоэнцефалический

барьер и тогда, наблюдаемые эффекты, можно объяснить непосредственным влиянием биофлавоноида на ЦНС. Кроме этого исследуемое вещество в моделях in vivo возможно запускает другие цитокиновые каскады.

Таким образом, в данной работе впервые показано, что модифицированный биофлаво-ноид обладает нейротропной активностью и оказывает положительное действие на выработку условного рефлекса.

ЛИТЕРАТУРА

1. Geng Y., Zhang B., Lotz M. Protein tyrosine kinase activation is required for lipopolysaccharide induction of cytokines in human blood monocytes //

J. Immunol. 1993. Vol. 151, N 12. P. 6692—6700.

2. Албегова Д.З., Камкина О.В., Павлова С.И., Албегова Ж.К., Лаптев О.С., Козлов И.Г. Оценка влияния модифицированного биофлавоноида и кверцетина дигитрата на секрецию митогенак-тивированными мононуклеарами // Бюллетень

—----------------------—

■ 92 ~

Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации по отраслям «Медицинские науки» и «Социологические науки»

Since 1999 p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437

Борозденко Д.А. и др. Влияние модифицированного биофлаваноида на поведение и обучение...

—-----------------------—

экспериментальной биологии и медицины. 2015. Т. 159. № 5. С. 584—586.

3. SunX., Ji C., Hu T., WangZ., Chen G. Tamoxifen as an effective neuroprotectant against early brain injury and learning deficits induced by subarachnoid hemorrhage: possible involvement of inflammatory signaling // J Neuroinflammation. 2013. N 10. P. 157.

4. Ахапкина В.И., Воронина Т.А. Изучение противоинсультного действия фенотропила на модели геморрагического инсульта (интрацеребральная посттравматическая гематома) у крыс // Атмосфера. Нервные болезни. 2006. № 1. С. 1—12.

5. Hlavacova N., Bakes J., Jezova D. Differences in home cage behavior and endocrine parametres in rats of four strains // Endocrine Regulations. 2006. Vol. 40. N 4. P. 113—118.

6. Celis M.E., Torre E. Measurement of grooming behaviour / Conn P.M. Methods in Neuroscience (Paradigms for the study of behaviour). San Diego; New York: Acad. Press, 1993. P. 359—377.

7. Пшенникова М.Г. Стресс: регуляторные системы и устойчивость к стрессорным повреждениям // Дизрегуляционная патология / Под ред. Г.Н. Крыжановского. М.: Медицина, 2002. С. 307—328.

THE EFFECT OF A MODIFIED BIOFLAVANOID

ON BEHAVIOR AND LEARNING IN AN ANIMAL MODEL

12 2 D.A. Borodenko , V.S. Vorob'ev , E.P. Kramarova ,

N.M. Kiseleva2,1. G. Kozlov2

1MFTI, Moscow, Russia 2

RNSMU named after N.I. Pirogov,

Moscow, Russia

Annotation. Currently active study of mechanisms of interaction of immune and nervous systems is being carried out, including study of effect of different cytokins on cognitive processes. The aim of this work is the examination of influence of modified bioflavonoid which in vitro increases synthesis IL-17, IL-6 on behavior and memory processes of animals.

The work has been carried out on 22 rats of Wistar line. Animals have been divided into 3 groups: the 1st (test) group has received injection of modified bioflavonoid in the amount 10-5 mol/kg, the 2nd group has been punctured with ethyl alcohol solution which had been used as dissolvent in the 1st group, while the 3rd group has got 0.9% NaCl solution. All the substances have been introduced intra abdominally during five days once per day in the amount of 1,0 ml before the start of experiment and later throughout the study.

Two sets of experiments have been carried out. The first set has been aimed at studying behavior of animals in the “open field”, lifted cross-like maze, light and dark room and Porsolt test. Animals having received modified bioflavonoid have shown increase in orientation and examinational activeness in comparison to the control group. The second set has been aimed at studying behavior of animals in the system of T-shaped maze. Modified bioflavonoid has shown positive influence on the development of food-procuring response.

Thus, this work demonstrates for the first time that modified bioflavonoid possesses neurotropic activeness and influences positively development of learned response.

Key words: bioflavonoid, cognitive processes, learned response, learning, cytokins.

~ 93 ~

Журнал включен в Перечень рецензируемых научных изданий ВАК при Министерстве образования и науки Российской Федерации по отраслям «Медицинские науки» и «Социологические науки»

Since 1999

p-ISSN 2226-7425, e-ISSN 2412-9437

The Journal of scientific articles “Health and Education Millennium”, 2015. Vol. 17. No 4

—-------------------------—

REFERENCES

1. Geng Y., Zhang B., Lotz M. Protein tyrosine kinase activation is required for lipopolysaccharide induction of cytokines in human blood monocytes.

J. Immunol, 1993, vol. 151, no. 12, pp. 6692—6700.

2. Albegova D.Z., Kamkina O. V., Pavlova S.I., Albegova J.K., Laptev O.S., Kozlov I.G. Assessing the impact of the modified bioflavonoid and quercetin dihydrate on the secretion of cytokines by mitogen-activated mononuclear cells. Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2015, vol. 159, no. 5, pp. 584—586. (in Russan)

3. Sun X., Ji C., Hu T., Wang Z., Chen G. Tamoxifen as an effective neuroprotectant against early brain injury and learning deficits induced by subarachnoid hemorrhage: possible involvement of inflammatory signaling. J Neuroinflammation, 2013, no. 10, pp. 157.

4. Ahapkina V.I., Voronina T.A. Isuchenie pro-tivoinsultnogo deystvia Fenotropila na modeli gemor-ragicheskogo insulta (intracerebralnay posttravmati-cheskay gematoma) u krys. Atmosfera. Nervnye bolesni, 2006, no. 1, pp. 1—12. (in Russian)

5. Hlavacova N., Bakos J., Jezova D. Differences in home cage behavior and endocrine para-metres in rats of four strains. Endocrine Regulations, 2006, vol. 40, no. 4, pp. 113—118.

6. Celis M.E., Torre E. Measurement of grooming behaviour / Conn P.M. Methods in Neuroscience (Paradigms for the study of behaviour). San Diego; New York: Acad. Press, 1993. P. 359—377.

7. Pschenikova M.G. Stress: regulatornye sis-temy i ustoychivist' k stressornym povregdeniym. Dizregulacionnay patologia. Ed. G.N. Kryganovs-kiy. Moscow, Medicina, 2002, pp. 307—328.

M.IBRMY.RU

INFOBASG INDEX

INDEX ^COPERNICUS QAJI

INTERNATIONAL

.net

• GOOQle CiteFactor

«АЛ.,!... C« — SChOiar О Anemic Sdcn,irk

• » *

Open Academic Journals Index

О

ULRICH SWEET

GLOBAL SERIALS DIRECTORY

INTERNATIONAL

STANDARD

SERIAL

NUMBER

INTERNATIONAL CENTRE